PHP高級編程之消息隊列
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2017-06-16
2015-10-19 第一版
2016-11-31 第二版
1. 什麼是消息隊列
消息隊列（英語：Message queue）是一種進程間通信或同一進程的不同綫程間的通信方式
2. 為什麼使用消息隊列
消息隊列技術是分散式應用間交換信息的一種技術。消息隊列可駐留在內存或磁碟上,隊列存儲消息直到它們被應用程序讀出。通過消息隊列，應用程序可獨立地執行，它們不需要知道彼此的位置、或在繼續執行前不需要等待接收程序接收此消息。
3. 什麼場合使用消息隊列
你首先需要弄清楚，消息隊列與遠程過程調用的區別，在很多讀者諮詢我的時候，我發現他們需要的是RPC(遠程過程調用)，而不是消息隊列。
消息隊列有同步或非同步實現方式，通常我們採用非同步方式使用消息隊列，遠程過程調用多採用同步方式。
MQ與RPC有什麼不同？ MQ通常傳遞無規則協議，這個協議由用戶定義並且實現存儲轉發；而RPC通常是專用協議，調用過程返回結果。
4. 什麼時候使用消息隊列
同步需求，遠程過程調用(PRC)更適合你。
非同步需求，消息隊列更適合你。
目前很多消息隊列軟件同時支持RPC功能，很多RPC系統也能非同步調用。
-
存儲轉發
-
分散式事務
-
發佈訂閲
-
基于內容的路由
-
點對點連接
5. 誰負責處理消息隊列
通常的做法，如果小的項目團隊可以有一個人實現，包括消息的推送，接收處理。如果大型團隊，通常是定義好消息協議，然後各自開發各自的部分， 例如一個團隊負責寫推送協議部分，另一個團隊負責寫接收與處理部分。
那麼為什麼我們不講消息隊列框架化呢？
- 開發者不用學習消息隊列介面
- 開發者不需要關心消息推送與接收
- 開發者通過統一的API推送消息
- 開發者的重點是實現業務邏輯功能
6. 怎麼實現消息隊列框架
下面是作者開發的一個SOA框架，該框架提供了三種介面，分別是SOAP,RESTful,AMQP(RabbitMQ)，理解了該框架思想，你很容易進一步擴展，例如增加XML-RPC, ZeroMQ等等支持。
https://github.com/netkiller/SOA
本文只講消息隊列框架部分。
6.1. 守護進程
消息隊列框架是本地應用程序（命令行程序），我們為了讓他在後台運行，需要實現守護進程。
https://github.com/netkiller/SOA/blob/master/bin/rabbitmq.php
每個實例處理一組隊列，實例化需要提供三個參數，$queueName = '隊列名', $exchangeName = '交換名', $routeKey = '路由'
$daemon = new \framework\RabbitDaemon($queueName = 'email', $exchangeName = 'email', $routeKey = 'email');
守護進程需要使用root用戶運行，運行後會切換到普通用戶，同時創建進程ID檔案，以便進程停止的時候使用。
守護進程核心代碼https://github.com/netkiller/SOA/blob/master/system/rabbitdaemon.class.php
6.2. 消息隊列協議
消息協議是一個數組，將數組序列化或者轉為JSON推送到消息隊列伺服器，這裡使用json格式的協議。
$msg = array( 'Namespace'=>'namespace', "Class"=>"Email", "Method"=>"smtp", "Param" => array( $mail, $subject, $message, null ) );
序列化後的協議
{"Namespace":"single","Class":"Email","Method":"smtp","Param":["netkiller@msn.com","Hello"," TestHelloWorld",null]}
使用json格式是考慮到通用性，這樣推送端可以使用任何語言。如果不考慮兼容，建議使用二進制序列化，例如msgpack效率更好。
6.3. 消息隊列處理
消息隊列處理核心代碼
https://github.com/netkiller/SOA/blob/master/system/rabbitmq.class.php
所以消息的處理在下面一段代碼中進行
$this->queue->consume(function($envelope, $queue) {
$speed = microtime(true);
$msg = $envelope->getBody();
$result = $this->loader($msg);
$queue->ack($envelope->getDeliveryTag()); //手動發送ACK應答
//$this->logging->info(''.$msg.' '.$result)
$this->logging->debug('Protocol: '.$msg.' ');
$this->logging->debug('Result: '. $result.' ');
$this->logging->debug('Time: '. (microtime(true) - $speed) .'');
});
public function loader($msg = null) 負責拆解協議，然後載入對應的類檔案，傳遞參數，運行方法，反饋結果。
Time 可以輸出程序運行所花費的時間，對於後期優化十分有用。
提示
loader() 可以進一步優化，使用多綫程每次調用loader將任務提交到綫程池中，這樣便可以多綫程處理消息隊列。
6.4. 測試
測試代碼 https://github.com/netkiller/SOA/blob/master/test/queue/email.php
<?php
$queueName = 'example';
$exchangeName = 'email';
$routeKey = 'email';
$mail = $argv[1];
$subject = $argv[2];
$message = empty($argv[3]) ? 'Hello World!' : ' '.$argv[3];
$connection = new AMQPConnection(array(
'host' => '192.168.4.1',
'port' => '5672',
'vhost' => '/',
'login' => 'guest',
'password' => 'guest'
));
$connection->connect() or die("Cannot connect to the broker!\n");
$channel = new AMQPChannel($connection);
$exchange = new AMQPExchange($channel);
$exchange->setName($exchangeName);
$queue = new AMQPQueue($channel);
$queue->setName($queueName);
$queue->setFlags(AMQP_DURABLE);
$queue->declareQueue();
$msg = array(
'Namespace'=>'namespace',
"Class"=>"Email",
"Method"=>"smtp",
"Param" => array(
$mail, $subject, $message, null
)
);
$exchange->publish(json_encode($msg), $routeKey);
printf("[x] Sent %s \r\n", json_encode($msg));
$connection->disconnect();
這裡只給出了少量測試與演示程序，如有疑問請到瀆者群，或者公眾號詢問。
7. 多綫程
上面消息隊列 核心代碼如下
$this->queue->consume(function($envelope, $queue) {
$msg = $envelope->getBody();
$result = $this->loader($msg);
$queue->ack($envelope->getDeliveryTag());
});
這段代碼生產環境使用了半年，發現效率比較低。有些業務場入隊非常快，但處理起來所花的時間就比較長，容易出現隊列堆積現象。
增加多綫程可能更有效利用硬件資源，提高業務處理能力。代碼如下
<?php
namespace framework;
require_once( __DIR__.'/autoload.class.php' );
class RabbitThread extends \Threaded {
private $queue;
public $classspath;
protected $msg;
public function __construct($queue, $logging, $msg) {
$this->classspath = __DIR__.'/../queue';
$this->msg = $msg;
$this->logging = $logging;
$this->queue = $queue;
}
public function run() {
$speed = microtime(true);
$result = $this->loader($this->msg);
$this->logging->debug('Result: '. $result.' ');
$this->logging->debug('Time: '. (microtime(true) - $speed) .'');
}
// private
public function loader($msg = null){
$protocol = json_decode($msg,true);
$namespace = $protocol['Namespace'];
$class = $protocol['Class'];
$method = $protocol['Method'];
$param = $protocol['Param'];
$result = null;
$classspath = $this->classspath.'/'.$this->queue.'/'.$namespace.'/'.strtolower($class) . '.class.php';
if( is_file($classspath) ){
require_once($classspath);
//$class = ucfirst(substr($request_uri, strrpos($request_uri, '/')+1));
if (class_exists($class)) {
if(method_exists($class, $method)){
$obj = new $class;
if (!$param){
$tmp = $obj->$method();
$result = json_encode($tmp);
$this->logging->info($class.'->'.$method.'()');
}else{
$tmp = call_user_func_array(array($obj, $method), $param);
$result = (json_encode($tmp));
$this->logging->info($class.'->'.$method.'("'.implode('","', $param).'")');
}
}else{
$this->logging->error('Object '. $class. '->' . $method. ' is not exist.');
}
}else{
$msg = sprintf("Object is not exist. (%s)", $class);
$this->logging->error($msg);
}
}else{
$msg = sprintf("Cannot loading interface! (%s)", $classspath);
$this->logging->error($msg);
}
return $result;
}
}
class RabbitMQ {
const loop = 10;
protected $queue;
protected $pool;
public function __construct($queueName = '', $exchangeName = '', $routeKey = '') {
$this->config = new \framework\Config('rabbitmq.ini');
$this->logfile = __DIR__.'/../log/rabbitmq.%s.log';
$this->logqueue = __DIR__.'/../log/queue.%s.log';
$this->logging = new \framework\log\Logging($this->logfile, $debug=true); //.H:i:s
$this->queueName = $queueName;
$this->exchangeName = $exchangeName;
$this->routeKey = $routeKey;
$this->pool = new \Pool($this->config->get('pool')['thread']);
}
public function main(){
$connection = new \AMQPConnection($this->config->get('rabbitmq'));
try {
$connection->connect();
if (!$connection->isConnected()) {
$this->logging->exception("Cannot connect to the broker!".PHP_EOL);
}
$this->channel = new \AMQPChannel($connection);
$this->exchange = new \AMQPExchange($this->channel);
$this->exchange->setName($this->exchangeName);
$this->exchange->setType(AMQP_EX_TYPE_DIRECT); //direct類型
$this->exchange->setFlags(AMQP_DURABLE); //持久�?
$this->exchange->declareExchange();
$this->queue = new \AMQPQueue($this->channel);
$this->queue->setName($this->queueName);
$this->queue->setFlags(AMQP_DURABLE); //持久�?
$this->queue->declareQueue();
$this->queue->bind($this->exchangeName, $this->routeKey);
$this->queue->consume(function($envelope, $queue) {
$msg = $envelope->getBody();
$this->logging->debug('Protocol: '.$msg.' ');
//$result = $this->loader($msg);
$this->pool->submit(new RabbitThread($this->queueName, new \framework\log\Logging($this->logqueue, $debug=true), $msg));
$queue->ack($envelope->getDeliveryTag());
});
$this->channel->qos(0,1);
}
catch(\AMQPConnectionException $e){
$this->logging->exception($e->__toString());
}
catch(\Exception $e){
$this->logging->exception($e->__toString());
$connection->disconnect();
$this->pool->shutdown();
}
}
private function fault($tag, $msg){
$this->logging->exception($msg);
throw new \Exception($tag.': '.$msg);
}
public function __destruct() {
}
}
8. 訂閲節點橫向擴展
上面使用多綫程達到對單機資源的充分使用，除此之外我們還可以橫向擴展系統，增加訂閲節點的數量。
9. 總結
該消息隊列框架還比較簡陋，但在生產環境已經運行很長一段時間，效果還是不錯的。同時降低了消息隊列的開發難度，開發者更多的時間是考慮業務邏輯的實現，而不用操心消息隊列本身的使用。