java 从零开始实现消息队列 mq-02-如何实现生产者调用消费者？
前景回顾
小伙伴们好，我是老马。
上一节我们学习了如何实现基于 netty 客服端和服务端的启动。
那么客户端如何调用服务端呢？
我们本节就来一起实现一下。
消费者实现
启动类的调整
ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
serverBootstrap.group(workerGroup, bossGroup)
.channel(NioServerSocketChannel.class)
.childHandler(new ChannelInitializer<Channel>() {
@Override
protected void initChannel(Channel ch) throws Exception {
ch.pipeline()
.addLast(new DelimiterBasedFrameDecoder(DelimiterUtil.LENGTH, delimiterBuf))
.addLast(new MqConsumerHandler(invokeService));
}
})
// 这个参数影响的是还没有被accept 取出的连接
.option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 128)
// 这个参数只是过一段时间内客户端没有响应，服务端会发送一个 ack 包，以判断客户端是否还活着。
.childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true);
这里我们通过指定分隔符解决 netty 粘包问题。
解决 netty 粘包问题
MqConsumerHandler 处理类
MqConsumerHandler 的实现如下，添加对应的业务处理逻辑。
package com.github.houbb.mq.consumer.handler;
/**
* @author binbin.hou
* @since 1.0.0
*/
public class MqConsumerHandler extends SimpleChannelInboundHandler {
private static final Log log = LogFactory.getLog(MqConsumerHandler.class);
/**
* 调用管理类
* @since 1.0.0
*/
private final IInvokeService invokeService;
public MqConsumerHandler(IInvokeService invokeService) {
this.invokeService = invokeService;
}
@Override
protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
ByteBuf byteBuf = (ByteBuf) msg;
byte[] bytes = new byte[byteBuf.readableBytes()];
byteBuf.readBytes(bytes);
RpcMessageDto rpcMessageDto = null;
try {
rpcMessageDto = JSON.parseObject(bytes, RpcMessageDto.class);
} catch (Exception exception) {
log.error("RpcMessageDto json 格式转换异常 {}", new String(bytes));
return;
}
if (rpcMessageDto.isRequest()) {
MqCommonResp commonResp = this.dispatch(rpcMessageDto, ctx);
if(commonResp == null) {
log.debug("当前消息为 null，忽略处理。");
return;
}
writeResponse(rpcMessageDto, commonResp, ctx);
} else {
final String traceId = rpcMessageDto.getTraceId();
// 丢弃掉 traceId 为空的信息
if(StringUtil.isBlank(traceId)) {
log.debug("[Server Response] response traceId 为空，直接丢弃", JSON.toJSON(rpcMessageDto));
return;
}
// 添加消息
invokeService.addResponse(traceId, rpcMessageDto);
}
}
}
rpc 消息体定义
为了统一标准，我们的 rpc 消息体 RpcMessageDto 定义如下：
package com.github.houbb.mq.common.rpc;
/**
* @author binbin.hou
* @since 1.0.0
*/
public class RpcMessageDto implements Serializable {
/**
* 请求时间
*/
private long requestTime;
/**
* 请求标识
*/
private String traceId;
/**
* 方法类型
*/
private String methodType;
/**
* 是否为请求消息
*/
private boolean isRequest;
private String respCode;
private String respMsg;
private String json;
//getter&setter
}
消息分发
对于接收到的消息体 RpcMessageDto，分发逻辑如下：
/**
* 消息的分发
*
* @param rpcMessageDto 入参
* @param ctx 上下文
* @return 结果
*/
private MqCommonResp dispatch(RpcMessageDto rpcMessageDto, ChannelHandlerContext ctx) {
final String methodType = rpcMessageDto.getMethodType();
final String json = rpcMessageDto.getJson();
String channelId = ChannelUtil.getChannelId(ctx);
log.debug("channelId: {} 接收到 method: {} 内容：{}", channelId,
methodType, json);
// 消息发送
if(MethodType.P_SEND_MESSAGE.equals(methodType)) {
// 日志输出
log.info("收到服务端消息: {}", json);
// 如果是 broker，应该进行处理化等操作。
MqCommonResp resp = new MqCommonResp();
resp.setRespCode(MqCommonRespCode.SUCCESS.getCode());
resp.setRespMessage(MqCommonRespCode.SUCCESS.getMsg());
return resp;
}
throw new UnsupportedOperationException("暂不支持的方法类型");
}
这里对于接收到的消息，只做一个简单的日志输出，后续将添加对应的业务逻辑处理。
结果回写
收到请求以后，我们需要返回对应的响应。
基于 channel 的回写实现如下：
/**
* 结果写回
*
* @param req 请求
* @param resp 响应
* @param ctx 上下文
*/
private void writeResponse(RpcMessageDto req,
Object resp,
ChannelHandlerContext ctx) {
final String id = ctx.channel().id().asLongText();
RpcMessageDto rpcMessageDto = new RpcMessageDto();
// 响应类消息
rpcMessageDto.setRequest(false);
rpcMessageDto.setTraceId(req.getTraceId());
rpcMessageDto.setMethodType(req.getMethodType());
rpcMessageDto.setRequestTime(System.currentTimeMillis());
String json = JSON.toJSONString(resp);
rpcMessageDto.setJson(json);
// 回写到 client 端
ByteBuf byteBuf = DelimiterUtil.getMessageDelimiterBuffer(rpcMessageDto);
ctx.writeAndFlush(byteBuf);
log.debug("[Server] channel {} response {}", id, JSON.toJSON(rpcMessageDto));
}
调用管理类
为了方便管理异步返回的请求结果，我们统一定义了 IInvokeService 类，用于管理请求与响应。
接口
package com.github.houbb.mq.common.support.invoke;
import com.github.houbb.mq.common.rpc.RpcMessageDto;
/**
* 调用服务接口
* @author binbin.hou
* @since 1.0.0
*/
public interface IInvokeService {
/**
* 添加请求信息
* @param seqId 序列号
* @param timeoutMills 超时时间
* @return this
* @since 1.0.0
*/
IInvokeService addRequest(final String seqId,
final long timeoutMills);
/**
* 放入结果
* @param seqId 唯一标识
* @param rpcResponse 响应结果
* @return this
* @since 1.0.0
*/
IInvokeService addResponse(final String seqId, final RpcMessageDto rpcResponse);
/**
* 获取标志信息对应的结果
* @param seqId 序列号
* @return 结果
* @since 1.0.0
*/
RpcMessageDto getResponse(final String seqId);
}
实现
实现本身也不难。
package com.github.houbb.mq.common.support.invoke.impl;
/**
* 调用服务接口
* @author binbin.hou
* @since 1.0.0
*/
public class InvokeService implements IInvokeService {
private static final Log logger = LogFactory.getLog(InvokeService.class);
/**
* 请求序列号 map
* （1）这里后期如果要添加超时检测，可以添加对应的超时时间。
* 可以把这里调整为 map
*
* key: seqId 唯一标识一个请求
* value: 存入该请求最长的有效时间。用于定时删除和超时判断。
* @since 0.0.2
*/
private final ConcurrentHashMap<String, Long> requestMap;
/**
* 响应结果
* @since 1.0.0
*/
private final ConcurrentHashMap<String, RpcMessageDto> responseMap;
public InvokeService() {
requestMap = new ConcurrentHashMap<>();
responseMap = new ConcurrentHashMap<>();
final Runnable timeoutThread = new TimeoutCheckThread(requestMap, responseMap);
Executors.newScheduledThreadPool(1)
.scheduleAtFixedRate(timeoutThread,60, 60, TimeUnit.SECONDS);
}
@Override
public IInvokeService addRequest(String seqId, long timeoutMills) {
logger.debug("[Invoke] start add request for seqId: {}, timeoutMills: {}", seqId,
timeoutMills);
final long expireTime = System.currentTimeMillis()+timeoutMills;
requestMap.putIfAbsent(seqId, expireTime);
return this;
}
@Override
public IInvokeService addResponse(String seqId, RpcMessageDto rpcResponse) {
// 1. 判断是否有效
Long expireTime = this.requestMap.get(seqId);
// 如果为空，可能是这个结果已经超时了，被定时 job 移除之后，响应结果才过来。直接忽略
if(ObjectUtil.isNull(expireTime)) {
return this;
}
//2. 判断是否超时
if(System.currentTimeMillis() > expireTime) {
logger.debug("[Invoke] seqId:{} 信息已超时，直接返回超时结果。", seqId);
rpcResponse = RpcMessageDto.timeout();
}
// 这里放入之前，可以添加判断。
// 如果 seqId 必须处理请求集合中，才允许放入。或者直接忽略丢弃。
// 通知所有等待方
responseMap.putIfAbsent(seqId, rpcResponse);
logger.debug("[Invoke] 获取结果信息，seqId: {}, rpcResponse: {}", seqId, JSON.toJSON(rpcResponse));
logger.debug("[Invoke] seqId:{} 信息已经放入，通知所有等待方", seqId);
// 移除对应的 requestMap
requestMap.remove(seqId);
logger.debug("[Invoke] seqId:{} remove from request map", seqId);
// 同步锁
synchronized (this) {
this.notifyAll();
logger.debug("[Invoke] {} notifyAll()", seqId);
}
return this;
}
@Override
public RpcMessageDto getResponse(String seqId) {
try {
RpcMessageDto rpcResponse = this.responseMap.get(seqId);
if(ObjectUtil.isNotNull(rpcResponse)) {
logger.debug("[Invoke] seq {} 对应结果已经获取: {}", seqId, rpcResponse);
return rpcResponse;
}
// 进入等待
while (rpcResponse == null) {
logger.debug("[Invoke] seq {} 对应结果为空，进入等待", seqId);
// 同步等待锁
synchronized (this) {
this.wait();
}
logger.debug("[Invoke] {} wait has notified!", seqId);
rpcResponse = this.responseMap.get(seqId);
logger.debug("[Invoke] seq {} 对应结果已经获取: {}", seqId, rpcResponse);
}
return rpcResponse;
} catch (InterruptedException e) {
logger.error("获取响应异常", e);
throw new MqException(MqCommonRespCode.RPC_GET_RESP_FAILED);
}
}
}
这里 getResponse 获取不到会进入等待，直到 addResponse 唤醒。
但是这也有一个问题，如果一个请求的响应丢失了怎么办？
总不能一直等待吧。
TimeoutCheckThread 超时检测线程
超时检测线程就可以帮我们处理一些超时未返回的结果。
package com.github.houbb.mq.common.support.invoke.impl;
import com.github.houbb.heaven.util.common.ArgUtil;
import com.github.houbb.mq.common.rpc.RpcMessageDto;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
/**
* 超时检测线程
* @author binbin.hou
* @since 0.0.2
*/
public class TimeoutCheckThread implements Runnable {
/**
* 请求信息
* @since 0.0.2
*/
private final ConcurrentHashMap<String, Long> requestMap;
/**
* 请求信息
* @since 0.0.2
*/
private final ConcurrentHashMap<String, RpcMessageDto> responseMap;
/**
* 新建
* @param requestMap 请求 Map
* @param responseMap 结果 map
* @since 0.0.2
*/
public TimeoutCheckThread(ConcurrentHashMap<String, Long> requestMap,
ConcurrentHashMap<String, RpcMessageDto> responseMap) {
ArgUtil.notNull(requestMap, "requestMap");
this.requestMap = requestMap;
this.responseMap = responseMap;
}
@Override
public void run() {
for(Map.Entry<String, Long> entry : requestMap.entrySet()) {
long expireTime = entry.getValue();
long currentTime = System.currentTimeMillis();
if(currentTime > expireTime) {
final String key = entry.getKey();
// 结果设置为超时，从请求 map 中移除
responseMap.putIfAbsent(key, RpcMessageDto.timeout());
requestMap.remove(key);
}
}
}
}
处理逻辑就是定时检测，如果超时了，就默认设置结果为超时，并且从请求集合中移除。
消息生产者实现
启动核心类
public class MqProducer extends Thread implements IMqProducer {
private static final Log log = LogFactory.getLog(MqProducer.class);
/**
* 分组名称
*/
private final String groupName;
/**
* 端口号
*/
private final int port;
/**
* 中间人地址
*/
private String brokerAddress = "";
/**
* channel 信息
* @since 0.0.2
*/
private ChannelFuture channelFuture;
/**
* 客户端处理 handler
* @since 0.0.2
*/
private ChannelHandler channelHandler;
/**
* 调用管理服务
* @since 0.0.2
*/
private final IInvokeService invokeService = new InvokeService();
/**
* 获取响应超时时间
* @since 0.0.2
*/
private long respTimeoutMills = 5000;
/**
* 可用标识
* @since 0.0.2
*/
private volatile boolean enableFlag = false;
/**
* 粘包处理分隔符
* @since 1.0.0
*/
private String delimiter = DelimiterUtil.DELIMITER;
//set 方法
@Override
public synchronized void run() {
// 启动服务端
log.info("MQ 生产者开始启动客户端 GROUP: {}, PORT: {}, brokerAddress: {}",
groupName, port, brokerAddress);
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
try {
// channel handler
this.initChannelHandler();
// 省略，同以前
// 标识为可用
enableFlag = true;
} catch (Exception e) {
log.error("MQ 生产者启动遇到异常", e);
throw new MqException(ProducerRespCode.RPC_INIT_FAILED);
}
}
}
其中初始化 handler 的实现如下：
private void initChannelHandler() {
final ByteBuf delimiterBuf = DelimiterUtil.getByteBuf(delimiter);
final MqProducerHandler mqProducerHandler = new MqProducerHandler();
mqProducerHandler.setInvokeService(invokeService);
// handler 实际上会被多次调用，如果不是 @Shareable，应该每次都重新创建。
ChannelHandler handler = new ChannelInitializer<Channel>() {
@Override
protected void initChannel(Channel ch) throws Exception {
ch.pipeline()
.addLast(new DelimiterBasedFrameDecoder(DelimiterUtil.LENGTH, delimiterBuf))
.addLast(mqProducerHandler);
}
};
this.channelHandler = handler;
}
MqProducerHandler 生产者处理逻辑
和消费者处理逻辑类似。
这里最核心的就是添加响应结果：invokeService.addResponse(rpcMessageDto.getTraceId(), rpcMessageDto);
package com.github.houbb.mq.producer.handler;
/**
* @author binbin.hou
* @since 1.0.0
*/
public class MqProducerHandler extends SimpleChannelInboundHandler {
private static final Log log = LogFactory.getLog(MqProducerHandler.class);
/**
* 调用管理类
*/
private IInvokeService invokeService;
public void setInvokeService(IInvokeService invokeService) {
this.invokeService = invokeService;
}
@Override
protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
ByteBuf byteBuf = (ByteBuf)msg;
byte[] bytes = new byte[byteBuf.readableBytes()];
byteBuf.readBytes(bytes);
String text = new String(bytes);
log.debug("[Client] channelId {} 接收到消息 {}", ChannelUtil.getChannelId(ctx), text);
RpcMessageDto rpcMessageDto = null;
try {
rpcMessageDto = JSON.parseObject(bytes, RpcMessageDto.class);
} catch (Exception exception) {
log.error("RpcMessageDto json 格式转换异常 {}", JSON.parse(bytes));
return;
}
if(rpcMessageDto.isRequest()) {
// 请求类
final String methodType = rpcMessageDto.getMethodType();
final String json = rpcMessageDto.getJson();
} else {
// 丢弃掉 traceId 为空的信息
if(StringUtil.isBlank(rpcMessageDto.getTraceId())) {
log.debug("[Client] response traceId 为空，直接丢弃", JSON.toJSON(rpcMessageDto));
return;
}
invokeService.addResponse(rpcMessageDto.getTraceId(), rpcMessageDto);
log.debug("[Client] response is :{}", JSON.toJSON(rpcMessageDto));
}
}
}
消息的发送
关心请求结果的：
public SendResult send(MqMessage mqMessage) {
String messageId = IdHelper.uuid32();
mqMessage.setTraceId(messageId);
mqMessage.setMethodType(MethodType.P_SEND_MESSAGE);
MqCommonResp resp = callServer(mqMessage, MqCommonResp.class);
if(MqCommonRespCode.SUCCESS.getCode().equals(resp.getRespCode())) {
return SendResult.of(messageId, SendStatus.SUCCESS);
}
return SendResult.of(messageId, SendStatus.FAILED);
}
不关心请求结果的发送：
public SendResult sendOneWay(MqMessage mqMessage) {
String messageId = IdHelper.uuid32();
mqMessage.setTraceId(messageId);
mqMessage.setMethodType(MethodType.P_SEND_MESSAGE);
this.callServer(mqMessage, null);
return SendResult.of(messageId, SendStatus.SUCCESS);
}
其中 callServer 实现如下：
/**
* 调用服务端
* @param commonReq 通用请求
* @param respClass 类
* @param <T> 泛型
* @param <R> 结果
* @return 结果
* @since 1.0.0
*/
public <T extends MqCommonReq, R extends MqCommonResp> R callServer(T commonReq, Class<R> respClass) {
final String traceId = commonReq.getTraceId();
final long requestTime = System.currentTimeMillis();
RpcMessageDto rpcMessageDto = new RpcMessageDto();
rpcMessageDto.setTraceId(traceId);
rpcMessageDto.setRequestTime(requestTime);
rpcMessageDto.setJson(JSON.toJSONString(commonReq));
rpcMessageDto.setMethodType(commonReq.getMethodType());
rpcMessageDto.setRequest(true);
// 添加调用服务
invokeService.addRequest(traceId, respTimeoutMills);
// 遍历 channel
// 关闭当前线程，以获取对应的信息
// 使用序列化的方式
ByteBuf byteBuf = DelimiterUtil.getMessageDelimiterBuffer(rpcMessageDto);
//负载均衡获取 channel
Channel channel = channelFuture.channel();
channel.writeAndFlush(byteBuf);
String channelId = ChannelUtil.getChannelId(channel);
log.debug("[Client] channelId {} 发送消息 {}", channelId, JSON.toJSON(rpcMessageDto));
if (respClass == null) {
log.debug("[Client] 当前消息为 one-way 消息，忽略响应");
return null;
} else {
//channelHandler 中获取对应的响应
RpcMessageDto messageDto = invokeService.getResponse(traceId);
if (MqCommonRespCode.TIMEOUT.getCode().equals(messageDto.getRespCode())) {
throw new MqException(MqCommonRespCode.TIMEOUT);
}
String respJson = messageDto.getJson();
return JSON.parseObject(respJson, respClass);
}
}
测试代码
启动消费者
MqConsumerPush mqConsumerPush = new MqConsumerPush();
mqConsumerPush.start();
启动日志如下：
[DEBUG] [2022-04-21 19:55:26.346] [main] [c.g.h.l.i.c.LogFactory.setImplementation] - Logging initialized using 'class com.github.houbb.log.integration.adaptors.stdout.StdOutExImpl' adapter.
[INFO] [2022-04-21 19:55:26.369] [Thread-0] [c.g.h.m.c.c.MqConsumerPush.run] - MQ 消费者开始启动服务端 groupName: C_DEFAULT_GROUP_NAME, port: 9527, brokerAddress:
[INFO] [2022-04-21 19:55:27.845] [Thread-0] [c.g.h.m.c.c.MqConsumerPush.run] - MQ 消费者启动完成，监听【9527】端口
启动生产者
MqProducer mqProducer = new MqProducer();
mqProducer.start();
//等待启动完成
while (!mqProducer.isEnableFlag()) {
System.out.println("等待初始化完成...");
DateUtil.sleep(100);
}
String message = "HELLO MQ!";
MqMessage mqMessage = new MqMessage();
mqMessage.setTopic("TOPIC");
mqMessage.setTags(Arrays.asList("TAGA", "TAGB"));
mqMessage.setPayload(message.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
SendResult sendResult = mqProducer.send(mqMessage);
System.out.println(JSON.toJSON(sendResult));
生产者日志：
[INFO] [2022-04-21 19:56:39.609] [Thread-0] [c.g.h.m.p.c.MqProducer.run] - MQ 生产者启动客户端完成，监听端口：9527
...
[DEBUG] [2022-04-21 19:56:39.895] [main] [c.g.h.m.c.s.i.i.InvokeService.addRequest] - [Invoke] start add request for seqId: a70ea2c4325641d6a5b198323228dc24, timeoutMills: 5000
...
[DEBUG] [2022-04-21 19:56:40.282] [main] [c.g.h.m.c.s.i.i.InvokeService.getResponse] - [Invoke] seq a70ea2c4325641d6a5b198323228dc24 对应结果已经获取: com.github.houbb.mq.common.rpc.RpcMessageDto@a8f0b4
...
{"messageId":"a70ea2c4325641d6a5b198323228dc24","status":"SUCCESS"}
消费者日志：
[DEBUG] [2022-04-21 19:56:40.179] [nioEventLoopGroup-2-1] [c.g.h.m.c.h.MqConsumerHandler.dispatch] - channelId: 502b73fffec4485c-00003954-00000001-384d194f6233433e-c8246542 接收到 method: P_SEND_MESSAGE 内容：{"methodType":"P_SEND_MESSAGE","payload":"SEVMTE8gTVEh","tags":["TAGA","TAGB"],"topic":"TOPIC","traceId":"a70ea2c4325641d6a5b198323228dc24"}
[INFO] [2022-04-21 19:56:40.180] [nioEventLoopGroup-2-1] [c.g.h.m.c.h.MqConsumerHandler.dispatch] - 收到服务端消息: {"methodType":"P_SEND_MESSAGE","payload":"SEVMTE8gTVEh","tags":["TAGA","TAGB"],"topic":"TOPIC","traceId":"a70ea2c4325641d6a5b198323228dc24"}
[DEBUG] [2022-04-21 19:56:40.234] [nioEventLoopGroup-2-1] [c.g.h.m.c.h.MqConsumerHandler.writeResponse] - [Server] channel 502b73fffec4485c-00003954-00000001-384d194f6233433e-c8246542 response {"requestTime":1650542200182,"traceId":"a70ea2c4325641d6a5b198323228dc24","request":false,"methodType":"P_SEND_MESSAGE","json":"{\"respCode\":\"0000\",\"respMessage\":\"成功\"}"}
可以看到消费者成功的获取到了生产者的消息。
小结
到这里，我们就实现了一个消息生产者调用消费者的实现。
但是你可能会问，这不就是 rpc 吗？
没有解耦。
是的，为了解决耦合问题，我们将在下一节引入 broker 消息的中间人。
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我是老马，期待与你的下次重逢。
开源地址
The message queue in java.(java 简易版本 mq 实现) https://github.com/houbb/mq
拓展阅读
rpc-从零开始实现 rpc https://github.com/houbb/rpc