面试官：你的项目为什么要用消息队列？

今天我们探讨一种广泛使用的中间件：消息队列。

消息队列由来已久，通常用于不同系统之间的通信。下图以星巴克的工作方式为例，来说明消息队列的概念。

在星巴克，收银员接受订单并收钱，然后把顾客的名字写在咖啡杯上，交给下一个步骤。咖啡制作师拿起订单和杯子制作咖啡。然后，顾客到柜台领取咖啡。这三个步骤同步进行。收银员只需将订单以咖啡杯的形式放入，无需等待订单完成。咖啡制作师只需将制作完成的咖啡放在柜台上，就可以去制作下一杯咖啡了，无需等待顾客取走。

这个过程的美妙之处在于每个步骤都是独立运行的，很像一个异步系统。

这种异步处理（每一步都无需等待前一步完成）大大提高了系统的吞吐量。例如，收银员在接受另一份订单之前，无需等待您的饮料制作完成。

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一个秒杀的案例

我们来看一个真实系统的例子：电商中经常出现的秒杀。由于秒杀期间用户活跃度激增，会给系统带来很大压力。消息队列通常在后端优化中起着关键作用。

下图列出了一个简化的电子商务秒杀架构。这时我们还没有对其进行优化，只是简单列出了数据流。

• 步骤 1 和 2：客户向订单服务下订单。

• 步骤 3：在处理付款之前，订单服务会锁定该用户占用的库存。

• 步骤 4：订单服务向支付服务发送支付指令。支付服务向 3 个服务发送消息：支付渠道、通知服务和数据分析。

• 步骤 5.1 和 6.1：支付服务向外部支付通道发送支付指令。支付通道与外部支付服务提供商（Payment Service Provider, PSP）对话，最终完成交易。

• 步骤 5.2 和 6.2：支付服务向通知服务发送消息，然后通知服务通过电子邮件或短信向客户发送通知。

• 步骤 5.3：支付服务向数据分析服务发送交易详情。

在秒杀期间，无缝的用户体验至关重要。为了在高流量情况下保持服务响应速度，可以在系统多个阶段集成消息队列，以确保最佳性能。

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使用消息队列优化秒杀系统

我们下面一步一步地优化这个秒杀系统，来看看消息队列给系统带来了什么好处。

扇出

扇出（fan out）这个概念来源于电子电路，是指由一个逻辑门的输出驱动几个下游逻辑门的输入，从而连接形成更复杂的电路。

支付服务将消息发送到三个下游服务，分别用于不同的目的：支付渠道、通知服务和数据分析。生产者（支付服务）只需将信息放到队列中，不同的消费者就可以按照自己的节奏处理信息。这种扇出简化了系统架构。

异步处理

以星巴克为例，正如收银员不会等待咖啡煮好一样，订单服务也不会等待付款最终完成。支付指令被置于队列中，一旦最终完成，客户就会收到通知。

流控

在秒杀活动中，可能会有数以万计的用户同时下订单。如何在满足客户需求和保持系统稳定之间取得平衡至关重要。

一种常见的方法是在特定时间段内对收到的请求数量设置上限，使其与系统容量相匹配。过多的请求可能会被拒绝或被要求在短暂延迟后重试。这种方法可确保系统保持稳定，不会不堪重负。对于成功通过的请求，消息队列可确保它们得到高效、有序的处理。如果系统的某个部分暂时滞后，订单也不会丢失。它将被保留在队列中，直到可以处理为止。

服务解耦

我们的设计在多处使用了消息队列。服务之间使用定义明确的消息接口进行交互，而不是彼此紧密依赖。每个服务都可以独立修改和部署。每个组件都可以用不同的编程语言开发。这为架构设计带来了灵活性。

横向可扩展性

由于服务是解耦的，因此我们可以根据业务需求对它们进行独立扩展。每个服务都能以不同的容量提供服务，因此我们可以根据其计划的 QPS（query per second）或 TPS（transaction per second）进行扩展。

消息持久性

消息队列也可用作存储消息的中间件。如果上游服务崩溃，下游服务总能从消息队列中拾取消息进行处理。这样，恢复功能就从每个服务中转移出来，交由消息队列负责。

批量处理

我们有时需要进行批量数据的处理。例如，当支付服务向数据分析服务发送消息时，数据分析服务并不需要执行实时更新，而是设置一个滚动窗口来批量处理窗口内的数据。批量处理是下游服务的要求，因此支付服务无需知道，只需将消息放入队列即可。消息定序 秒杀活动的库存商品数量是有限的。例如，秒杀只提供 10 部 iPhone，但下单的用户超过 10,000 人。我们该如何决定订单顺序呢？用消息队列来保存所有订单会有一个自然的顺序：队列中的前 10 位将获得 iPhone。

下图中显示了所有的优化点。服务通过消息队列连接并解耦。这样，架构就能实现更高的吞吐量。