【MQ篇】RabbitMQ之发布订阅模式！

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引言

在前面的文章中，我们已经探索了 RabbitMQ 的简单模式和工作队列模式。简单模式适用于点对点的消息传递，而工作队列模式则通过引入多个消费者来并行处理任务，提高了系统的吞吐量🚀。然而，在某些场景下，我们需要将同一份消息发送给多个不同的消费者，以便它们可以独立地执行各自的处理逻辑。这时，RabbitMQ 的发布/订阅模式就派上了用场。本文将深入讲解 RabbitMQ 的发布/订阅模式，通过生动的比喻和详尽的 Java (Spring Boot) 代码示例，让你彻底掌握这种强大的消息分发机制！📢📻✨

一、 回顾：简单模式与工作队列模式的局限 😔

在简单模式中，消息直接发送到队列，由一个消费者接收。即使有多个消费者监听同一个队列，每个消息也只会被其中的一个消费者处理，而在工作队列模式中，虽然可以有多个消费者并行处理任务，但每个任务（消息）仍然只会被一个消费者处理。

这两种模式都无法满足一个生产者将同一份消息同时发送给多个消费者的需求。例如，一个电子商务网站，当用户成功下单后，需要同时发送邮件通知用户、更新库存信息、生成物流记录等等。这些操作需要由不同的服务来完成，而发布/订阅模式可以很好地解决这个问题。

了解简单模式请看：【MQ篇】RabbitMQ之简单模式！
了解工作队列模式请看：【MQ篇】RabbitMQ之工作队列模式！

二、 发布/订阅模式详解：消息的“广播站” 📻

1. 概念：消息的“广播站” 📢

   发布/订阅模式的核心思想是生产者将消息发送到交换机（Exchange），而不是直接发送到队列。交换机根据 绑定规则（Binding） 将消息路由到一个或多个队列，然后由监听这些队列的消费者接收和处理消息。

   你可以把交换机想象成一个“广播站”，生产者是“播音员”，负责发布消息（“节目”），队列是不同的“收音机频道”，而消费者则是“听众”，可以选择收听自己感兴趣的频道。当“播音员”发布一条消息后，“广播站”会根据“频道”的设置，将消息“广播”给所有收听了该“频道”的“听众”。 🎶
   

2. 角色：消息传递中的“中转站”和“听众”

   • 生产者（Producer）： 消息的发送者，它将消息发送到交换机，但不关心消息会被发送到哪些队列。就像“播音员”，只负责发布“节目”，不关心有多少人收听。 🎙️
   • 交换机（Exchange）： 接收生产者发送的消息，并根据绑定规则将消息路由到一个或多个队列。它是消息的“中转站”和“广播站”，负责将“节目”广播给所有感兴趣的“听众”。 🏢
   • 队列（Queue）： 存储被交换机路由过来的消息，等待消费者进行处理。就像不同的“收音机频道”，存储着特定类型的“节目”。 📥
   • 消费者（Consumer）： 消息的接收者，它监听一个或多个队列，并从中获取消息进行处理。就像“听众”，选择收听自己感兴趣的“频道”，获取“节目”的内容。 🎧
   • 绑定（Binding）： 连接交换机和队列的规则，它指定了交换机如何将消息路由到特定的队列。就像“频道”的设置，决定了哪些“听众”可以收听到哪些“节目”。 🔗

3. 工作流程：消息是如何被“广播”的？ 流程图可以更清晰哦！ 🗺️

   • 连接（Connect）： 生产者和消费者都连接到 RabbitMQ 服务器。 🔗
   • 声明交换机（Declare Exchange）： 生产者和消费者都需要声明他们将要使用的交换机，并指定交换机的类型。 🏷️
   • 声明队列（Declare Queue）： 消费者需要声明一个或多个队列，用于接收消息。 📥
   • 绑定队列到交换机（Bind Queue to Exchange）： 消费者需要将声明的队列通过绑定规则绑定到交换机。 🔗
   • 发送消息（Publish）： 生产者将消息发送到交换机，并指定路由键（Routing Key）。 ✉️
   • 交换机路由消息： 交换机根据消息的路由键和绑定规则，将消息路由到一个或多个队列。 ➡️
   • 消费者接收消息（Consume）： 消费者监听绑定的队列，并接收被路由过来的消息。 👂
   • 处理消息（Process）： 消费者接收到消息后，执行相应的业务逻辑。 💻
   • 确认（Acknowledge）： 消费者在成功处理消息后，向 RabbitMQ 发送确认。 ✅

4. 核心特点：消息的“分发”与“广播” 📢

   • 消息分发： 生产者将消息发送到交换机，由交换机负责将消息分发到一个或多个队列。 📦➡️🏢
   • 消息广播： 同一份消息可以被多个消费者接收和处理，实现消息的“广播”效果。 📻
   • 松耦合： 生产者和消费者之间通过交换机进行通信，无需直接交互，降低了系统的耦合度。 🤝
   • 灵活性： 可以根据不同的业务需求，配置不同的交换机类型和绑定规则，实现灵活的消息路由。 ⚙️

5. 适用场景：需要将同一份消息发送给多个消费者的“通知”与“事件” 🔔

   发布/订阅模式非常适合需要将同一份消息发送给多个消费者进行处理的场景，例如：

   • 实时通知： 例如，当用户发布文章后，需要同时通知关注者、推送消息、更新排行榜等。 📧
   • 事件驱动： 例如，当用户下单成功后，需要触发订单服务、库存服务、物流服务等执行相应的操作。 🎫
   • 日志处理： 例如，将服务器日志发送到多个不同的日志分析系统进行处理。 📝
   • 数据同步： 例如，将数据库的变更同步到缓存系统、搜索引擎等。 🔄

三、 RabbitMQ 中的交换机类型：不同的“广播方式” 📻

RabbitMQ 提供了多种不同类型的交换机，以支持不同的消息路由策略。常见的交换机类型包括：

1. Fanout Exchange（扇出交换机）：

   • 将接收到的所有消息广播到所有与其绑定的队列，而忽略路由键。
   • 就像一个“广播电台”，将所有“节目”发送给所有“收音机频道”。 📻
   • 适用于需要将同一份消息发送给所有消费者的场景，例如，服务器日志收集。
     

2. Direct Exchange（直连交换机）：

   • 将消息发送到与其绑定的队列，且队列的绑定键（Binding Key）与消息的路由键（Routing Key）完全匹配。
   • 就像一个“单播电台”，只将“节目”发送给指定“频道”的“听众”。 🎯
   • 适用于需要根据消息的类型或优先级进行路由的场景，例如，订单服务可以将订单创建消息发送到订单队列，将订单支付消息发送到支付队列。 🏷️
     

3. Topic Exchange（主题交换机）：

   • 将消息发送到与其绑定的队列，且队列的绑定键可以采用通配符的方式与消息的路由键进行匹配。
   • 就像一个“多播电台”，可以根据“节目”的主题，将消息发送给订阅了相关主题的“听众”。 📰
   • 适用于需要根据消息的主题或模式进行灵活路由的场景，例如，可以根据日志的级别（info、warning、error）和模块（user、order、product）进行路由。 🔍
     

4. Headers Exchange（头交换机）：

   • 不依赖于路由键，而是根据消息的头部信息（Headers）进行路由。
   • 提供了更灵活的路由方式，但性能相对较低。 🧮
   • 在实际应用中较少使用。 🤷‍♀️

四、 Java (Spring Boot) 代码实战

Fanout 模式的完整示例：

1. 添加依赖

在 pom.xml 文件中添加以下依赖：

<dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-amqp</artifactId>
</dependency>

2. 配置类 (RabbitMQConfig.java)

import org.springframework.amqp.core.Binding;
import org.springframework.amqp.core.BindingBuilder;
import org.springframework.amqp.core.FanoutExchange;
import org.springframework.amqp.core.Queue;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;@Configuration
public class RabbitMQConfig {// 交换机名称public static final String FANOUT_EXCHANGE = "fanout.exchange";// 队列名称public static final String FANOUT_QUEUE_1 = "fanout.queue.1";public static final String FANOUT_QUEUE_2 = "fanout.queue.2";// 声明 Fanout 交换机@Beanpublic FanoutExchange fanoutExchange() {return new FanoutExchange(FANOUT_EXCHANGE);}// 声明队列 1@Beanpublic Queue fanoutQueue1() {return new Queue(FANOUT_QUEUE_1);}// 声明队列 2@Beanpublic Queue fanoutQueue2() {return new Queue(FANOUT_QUEUE_2);}// 将队列 1 绑定到 Fanout 交换机@Beanpublic Binding bindingExchangeQueue1(Queue fanoutQueue1, FanoutExchange fanoutExchange) {return BindingBuilder.bind(fanoutQueue1).to(fanoutExchange);}// 将队列 2 绑定到 Fanout 交换机@Beanpublic Binding bindingExchangeQueue2(Queue fanoutQueue2, FanoutExchange fanoutExchange) {return BindingBuilder.bind(fanoutQueue2).to(fanoutExchange);}
}

3. 生产者 (FanoutProducer.java)

import org.springframework.amqp.core.AmqpTemplate;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Component;@Component
public class FanoutProducer {@Autowiredprivate AmqpTemplate rabbitTemplate;public void send(String message) {System.out.println("生产者发送消息: " + message);rabbitTemplate.convertAndSend(RabbitMQConfig.FANOUT_EXCHANGE, "", message); // 注意：Fanout 模式忽略路由键}
}

4. 消费者 (FanoutConsumer.java)

import org.springframework.amqp.rabbit.annotation.RabbitListener;
import org.springframework.stereotype.Component;@Component
public class FanoutConsumer {@RabbitListener(queues = RabbitMQConfig.FANOUT_QUEUE_1)public void receiveMessage1(String message) {System.out.println("队列 1 接收到消息: " + message);}@RabbitListener(queues = RabbitMQConfig.FANOUT_QUEUE_2)public void receiveMessage2(String message) {System.out.println("队列 2 接收到消息: " + message);}
}

5. 测试类 (FanoutTest.java)

import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;@SpringBootTest
public class FanoutTest {@Autowiredprivate FanoutProducer fanoutProducer;@Testpublic void testFanout() {fanoutProducer.send("Hello, Fanout Exchange!");fanoutProducer.send("This is another message for Fanout.");}
}

6. Spring Boot 启动类 (Application.java)

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;@SpringBootApplication
public class Application {public static void main(String[] args) {SpringApplication.run(Application.class, args);}
}

说明：

• RabbitMQConfig.java: 配置类，定义了交换机、队列和绑定关系。 FanoutExchange 是关键，它指定了使用 Fanout 交换机类型。
• FanoutProducer.java: 生产者，使用 AmqpTemplate 发送消息到 Fanout 交换机。 注意，convertAndSend 方法的第二个参数（路由键）在这里被忽略，因为 Fanout 交换机不使用路由键。
• FanoutConsumer.java: 消费者，使用 @RabbitListener 注解监听指定的队列。 每个消费者监听一个不同的队列。
• FanoutTest.java: 测试类，用于发送消息到 Fanout 交换机，触发消息的广播。

运行结果：

这表明生产者发送的消息被广播到了所有绑定到 Fanout 交换机的队列，并且每个消费者都收到了相同的消息。

这个示例提供了一个完整的 Fanout 模式的实现，你可以根据自己的需求进行修改和扩展。 例如，你可以添加更多的消费者和队列，或者修改消息的内容和格式。

Direct 模式的完整示例:

1. 添加依赖

在 pom.xml 文件中添加以下依赖（如果已经添加过，则跳过）：

<dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-amqp</artifactId>
</dependency>

2. 配置类 (RabbitMQConfig.java)

import org.springframework.amqp.core.Binding;
import org.springframework.amqp.core.BindingBuilder;
import org.springframework.amqp.core.DirectExchange;
import org.springframework.amqp.core.Queue;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;@Configuration
public class RabbitMQConfig {// 交换机名称public static final String DIRECT_EXCHANGE = "direct.exchange";// 队列名称public static final String DIRECT_QUEUE_ERROR = "direct.queue.error";public static final String DIRECT_QUEUE_INFO = "direct.queue.info";// 路由键public static final String ROUTING_KEY_ERROR = "error";public static final String ROUTING_KEY_INFO = "info";// 声明 Direct 交换机@Beanpublic DirectExchange directExchange() {return new DirectExchange(DIRECT_EXCHANGE);}// 声明 Error 队列@Beanpublic Queue directQueueError() {return new Queue(DIRECT_QUEUE_ERROR);}// 声明 Info 队列@Beanpublic Queue directQueueInfo() {return new Queue(DIRECT_QUEUE_INFO);}// 将 Error 队列绑定到 Direct 交换机，使用 "error" 路由键@Beanpublic Binding bindingExchangeQueueError(Queue directQueueError, DirectExchange directExchange) {return BindingBuilder.bind(directQueueError).to(directExchange).with(ROUTING_KEY_ERROR);}// 将 Info 队列绑定到 Direct 交换机，使用 "info" 路由键@Beanpublic Binding bindingExchangeQueueInfo(Queue directQueueInfo, DirectExchange directExchange) {return BindingBuilder.bind(directQueueInfo).to(directExchange).with(ROUTING_KEY_INFO);}
}

3. 生产者 (DirectProducer.java)

import org.springframework.amqp.core.AmqpTemplate;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Component;@Component
public class DirectProducer {@Autowiredprivate AmqpTemplate rabbitTemplate;public void sendError(String message) {System.out.println("生产者发送 Error 消息: " + message);rabbitTemplate.convertAndSend(RabbitMQConfig.DIRECT_EXCHANGE, RabbitMQConfig.ROUTING_KEY_ERROR, message);}public void sendInfo(String message) {System.out.println("生产者发送 Info 消息: " + message);rabbitTemplate.convertAndSend(RabbitMQConfig.DIRECT_EXCHANGE, RabbitMQConfig.ROUTING_KEY_INFO, message);}
}

4. 消费者 (DirectConsumer.java)

import org.springframework.amqp.rabbit.annotation.RabbitListener;
import org.springframework.stereotype.Component;@Component
public class DirectConsumer {@RabbitListener(queues = RabbitMQConfig.DIRECT_QUEUE_ERROR)public void receiveError(String message) {System.out.println("Error 队列接收到消息: " + message);}@RabbitListener(queues = RabbitMQConfig.DIRECT_QUEUE_INFO)public void receiveInfo(String message) {System.out.println("Info 队列接收到消息: " + message);}
}

5. 测试类 (DirectTest.java)

import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;@SpringBootTest
public class DirectTest {@Autowiredprivate DirectProducer directProducer;@Testpublic void testDirect() {directProducer.sendError("This is an error message.");directProducer.sendInfo("This is an info message.");directProducer.sendError("Another error message.");}
}

说明：

• RabbitMQConfig.java: 配置类，定义了交换机、队列、路由键和绑定关系。 DirectExchange 是关键，它指定了使用 Direct 交换机类型。 每个队列都通过特定的路由键绑定到交换机。
• DirectProducer.java: 生产者，使用 AmqpTemplate 发送消息到 Direct 交换机。 convertAndSend 方法的第二个参数是路由键，它决定了消息将被发送到哪个队列。
• DirectConsumer.java: 消费者，使用 @RabbitListener 注解监听指定的队列。 每个消费者监听一个不同的队列，这些队列通过不同的路由键绑定到交换机。
• DirectTest.java: 测试类，用于发送不同类型的消息到 Direct 交换机，验证消息是否被正确路由。

运行结果：

这表明生产者发送的消息被正确地路由到了与其路由键匹配的队列，并且每个消费者只收到了特定类型的消息。

这个示例提供了一个完整的 Direct 模式的实现，你可以根据自己的需求进行修改和扩展。 例如，你可以添加更多的队列和路由键，或者修改消息的内容和格式。

Topic 模式的完整示例：

1. 添加依赖

在 pom.xml 文件中添加以下依赖（如果已经添加过，则跳过）：

<dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-amqp</artifactId>
</dependency>

2. 配置类 (RabbitMQConfig.java)

import org.springframework.amqp.core.Binding;
import org.springframework.amqp.core.BindingBuilder;
import org.springframework.amqp.core.Queue;
import org.springframework.amqp.core.TopicExchange;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;@Configuration
public class RabbitMQConfig {// 交换机名称public static final String TOPIC_EXCHANGE = "topic.exchange";// 队列名称public static final String TOPIC_QUEUE_NEWS = "topic.queue.news";public static final String TOPIC_QUEUE_WEATHER = "topic.queue.weather";// 路由键public static final String ROUTING_KEY_NEWS = "news.#"; // 匹配所有以 "news." 开头的路由键public static final String ROUTING_KEY_WEATHER = "weather.*"; // 匹配所有以 "weather." 开头，后跟一个单词的路由键// 声明 Topic 交换机@Beanpublic TopicExchange topicExchange() {return new TopicExchange(TOPIC_EXCHANGE);}// 声明 News 队列@Beanpublic Queue topicQueueNews() {return new Queue(TOPIC_QUEUE_NEWS);}// 声明 Weather 队列@Beanpublic Queue topicQueueWeather() {return new Queue(TOPIC_QUEUE_WEATHER);}// 将 News 队列绑定到 Topic 交换机，使用 "news.#" 路由键@Beanpublic Binding bindingExchangeQueueNews(Queue topicQueueNews, TopicExchange topicExchange) {return BindingBuilder.bind(topicQueueNews).to(topicExchange).with(ROUTING_KEY_NEWS);}// 将 Weather 队列绑定到 Topic 交换机，使用 "weather.*" 路由键@Beanpublic Binding bindingExchangeQueueWeather(Queue topicQueueWeather, TopicExchange topicExchange) {return BindingBuilder.bind(topicQueueWeather).to(topicExchange).with(ROUTING_KEY_WEATHER);}
}

3. 生产者 (TopicProducer.java)

import org.springframework.amqp.core.AmqpTemplate;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Component;@Component
public class TopicProducer {@Autowiredprivate AmqpTemplate rabbitTemplate;public void sendNews(String message) {String routingKey = "news.local.china"; // 模拟国内新闻System.out.println("生产者发送 News 消息 (路由键: " + routingKey + "): " + message);rabbitTemplate.convertAndSend(RabbitMQConfig.TOPIC_EXCHANGE, routingKey, message);}public void sendWeather(String message) {String routingKey = "weather.us"; // 模拟美国天气System.out.println("生产者发送 Weather 消息 (路由键: " + routingKey + "): " + message);rabbitTemplate.convertAndSend(RabbitMQConfig.TOPIC_EXCHANGE, routingKey, message);}public void sendOther(String message) {String routingKey = "other.something"; // 模拟其他消息System.out.println("生产者发送 Other 消息 (路由键: " + routingKey + "): " + message);rabbitTemplate.convertAndSend(RabbitMQConfig.TOPIC_EXCHANGE, routingKey, message);}
}

4. 消费者 (TopicConsumer.java)

import org.springframework.amqp.rabbit.annotation.RabbitListener;
import org.springframework.stereotype.Component;@Component
public class TopicConsumer {@RabbitListener(queues = RabbitMQConfig.TOPIC_QUEUE_NEWS)public void receiveNews(String message) {System.out.println("News 队列接收到消息: " + message);}@RabbitListener(queues = RabbitMQConfig.TOPIC_QUEUE_WEATHER)public void receiveWeather(String message) {System.out.println("Weather 队列接收到消息: " + message);}
}

5. 测试类 (TopicTest.java)

import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;@SpringBootTest
public class TopicTest {@Autowiredprivate TopicProducer topicProducer;@Testpublic void testTopic() {topicProducer.sendNews("Breaking news from China!");topicProducer.sendWeather("Sunny weather in the US.");topicProducer.sendOther("This message will not be received by any queue.");}
}

说明：

• RabbitMQConfig.java: 配置类，定义了交换机、队列、路由键和绑定关系。 TopicExchange 是关键，它指定了使用 Topic 交换机类型。 每个队列都通过带有通配符的路由键绑定到交换机。
  • #：匹配一个或多个单词。
  • *：只匹配一个单词。
• TopicProducer.java: 生产者，使用 AmqpTemplate 发送消息到 Topic 交换机。 convertAndSend 方法的第二个参数是路由键，它决定了消息将被发送到哪些队列。
• TopicConsumer.java: 消费者，使用 @RabbitListener 注解监听指定的队列。 每个消费者监听一个不同的队列，这些队列通过不同的路由键绑定到交换机。
• TopicTest.java: 测试类，用于发送不同类型的消息到 Topic 交换机，验证消息是否被正确路由。

运行结果：

这表明：

• news.local.china 路由键的消息被发送到了 News 队列，因为 News 队列的绑定键是 news.#，可以匹配所有以 news. 开头的路由键。
• weather.us 路由键的消息被发送到了 Weather 队列，因为 Weather 队列的绑定键是 weather.*，可以匹配所有以 weather. 开头，后跟一个单词的路由键。
• other.something 路由键的消息没有被任何队列接收，因为没有队列的绑定键可以匹配它。

这个示例提供了一个完整的 Topic 模式的实现，你可以根据自己的需求进行修改和扩展。 例如，你可以添加更多的队列和路由键，或者修改消息的内容和格式。 你可以尝试不同的路由键和绑定键组合，以更好地理解 Topic 交换机的灵活性。

五、 深入理解：交换机与绑定的重要性 🧐

1. 交换机：消息路由的“大脑” 🧠

   交换机是 RabbitMQ 中消息路由的核心组件。它接收生产者发送的消息，并根据一定的规则将消息路由到一个或多个队列。不同的交换机类型采用不同的路由策略，以满足不同的业务需求。 🔀

2. 绑定：连接交换机与队列的“桥梁” 🌉

   绑定是连接交换机和队列的规则，它指定了交换机如何将消息路由到特定的队列。绑定通常包含一个路由键（Binding Key），用于在 Direct Exchange 和 Topic Exchange 中进行消息匹配。 🔗

3. Fanout Exchange 的特点 📢

   Fanout Exchange 是一种最简单的交换机类型，它将接收到的所有消息广播到所有与其绑定的队列，而忽略路由键。因此，所有绑定到 Fanout Exchange 的队列都会接收到相同的消息，从而实现消息的“广播”效果。 📻

六、 发布/订阅模式的优势与适用场景总结 🎯

• 实现消息的“广播”： 同一份消息可以被多个消费者接收和处理，满足了需要将消息同时发送给多个接收者的需求。 📣
• 降低系统耦合度： 生产者和消费者之间通过交换机进行通信，无需直接交互，实现了生产者和消费者之间的解耦，提高了系统的可维护性和可扩展性。 🤝
• 提高系统灵活性： 可以根据不同的业务需求，配置不同的交换机类型和绑定规则，实现灵活的消息路由，从而更好地适应业务变化。 ⚙️

发布/订阅模式非常适合需要将同一份消息发送给多个消费者进行处理的场景，例如实时通知 🔔、事件驱动 🎫、日志处理 📝、数据同步 🔄 等。

七、 总结：让消息“飞”起来！ 🚀

RabbitMQ 的发布/订阅模式通过引入交换机和绑定，实现了消息的“广播”功能，使得同一份消息可以被多个消费者同时接收和处理。掌握了发布/订阅模式，你就能更好地应对需要将消息分发给多个接收者的场景，让你的 RabbitMQ 应用更加灵活和强大！💪✨