[DATA] 訊息佇列 02 - RabbitMQ 簡介與 5 種設計模式

前言

上一篇文章介紹完 Message Queue 是什麼後，這次要介紹的是知名且易用的實作工具 RabbitMQ，本篇文章將帶大家認識 RabbitMQ 的架構以及 5 種設計模式。

[ 系列文章目錄 ]

1. [DATA] 訊息佇列 01 - Message Queue 介紹與實際應用
2. [DATA] 訊息佇列 02 - RabbitMQ 簡介與 5 種設計模式（本篇）
3. [DATA] 訊息佇列 03 - RabbitMQ 架設方法與網頁管理介面
4. [DATA] 訊息佇列 04 - RabbitMQ x Python 程式實作範例

RabbitMQ 簡介

• RabbitMQ 是使用廣泛的輕量級開源工具，支持 AMQP 0-9-1 等多種訊息傳遞協定。
• RabbitMQ 容易在本地端和雲端部署，滿足大規模(分散式)、高可用性的需求。
• RabbitMQ 為大多數流行的程式語言提供了多樣的開發套件包。(Python, Java, Ruby, PHP, C#, JS, Go, etc.)
• RabbitMQ 提供了一個 Web 使用者介面來管理權限並監控各種狀態、指標。

RabbitMQ 架構

看完上一篇我們已經知道 Message Queue 架構中的三個角色，在 RabbitMQ 中也延用相同概念：

• Producer 是發送訊息的應用程式
• Queue 是儲存訊息的緩衝區
• Consumer 是接收訊息的應用程式

不過在 RabbitMQ 中，根據不同設計模式會在 Producer 與 Queue 之間加上一層 Exchange：

• Exchange 的工作很簡單，透過綁定(binding)與 Queue 連結，負責接收來自 Producer 的訊息，然後將訊息推送給 Queue。
• 透過定義 Exchange 的類型(type)來判斷要如何處理收到的訊息，是要推送給哪個特定 Queue？還是要推送給多個 Queue？或是應該被丟棄？
• Exchange 的類型(type)有分為 direct, topic & fanout，文章下個段落介紹不同模式時會探討差別。

RabbitMQ 設計模式

根據 RabbitMQ Tutorials 官方的範例，展示了五種常見的模式（Python 範例程式碼附在標題後方連結）：

1. Simple 模式

The simplest thing that does something (sample code)

最基本的一種模式，只有一個 Queue(定義 Queue 的名稱)，Producer 直接將訊息傳進這個 Queue(hello)，也只有一個 Consumer 從這個 Queue(hello) 取出訊息。

2. Worker 模式

Distributing tasks among workers (sample code)

相比 Simple，Worker 模式會有兩個以上的 Consumer(Worker)，從同一個 Queue 取出訊息，且 Consumer 彼此間不會取得相同的訊息，加速訊息處理(消化)速度。因此只要連接同一個 Queue，就可以在多台機器上 Consumer 平行處理。

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3. Publish/Subscribe 模式

Sending messages to many consumers at once (sample code)

Publish/Subscribe 模式顧名思義，就像你訂閱某個 YT 頻道，當頻道創作者發佈了新影片，連同你的所有訂閱者都會收到通知。

Producer 不會將訊息直接傳進 Queue，而是交給 Exchange (type=fanout)，由於 fanout 的特性，Exchange 會把訊息廣播給所有綁定的 Queue，每個 Consumer 就會接收到相同的訊息。因此當有另外的系統需要同步接收訊息，只需增加一組 Queue + Producer，綁定這個 Exchange 即可。

4. Routing 模式

Receiving messages selectively (sample code)

Routing 模式同樣有一層 Exchange (type=direct)，但不同的是 direct 的特性，Exchange 與 Queue 的綁定(binding)還會帶上 routing key，Producer 傳送訊息到 Exchange 時也會帶上 routing key 這個參數。因此可以達到選擇性訊息分流，不同 Consumer 只需要接受到特定 routing 的訊息。

日誌系統(logging system)

上圖為此 日誌系統(logging system) 的範例，使用兩組 Queue： Q1 只有綁定一個 routing key(error)，因此負責寫檔(log file)的 C1 只會接收 error log messages，可節省硬碟(disk)空間。 Q2 則是綁定多個 routing key(info, warning & error)，負責打印到控制台(console)的 C2 仍然可輸出所有層級(level)的 log messages。

5. Topics 模式

Receiving messages based on a pattern (sample code)

Topics 與 Routing 模式很像，同樣有一層 Exchange (type=topic)，也透過 routing key 來分流訊息，差別在 topic 的特性能夠模糊綁定非固定的 routing key。 設定模糊 routing key 的 patten 必須是以 .(dot) 分隔的字串，*(star) 只能代替一個單詞、#(bash) 可以代替零個或多個單詞。

參考

https://godleon.github.io/blog/ChatOps/message-queue-concepts/

https://kucw.github.io/blog/2020/11/rabbitmq/

https://homuchen.com/posts/message-queue-advantages-use-cases/

https://www.cloudamqp.com/blog/part1-rabbitmq-for-beginners-what-is-rabbitmq.html

https://www.cloudamqp.com/docs/amqp.html