在這期中，我們將深入探討一種廣泛使用的中間件：消息隊列。

消息隊列有著悠久的歷史，它們經常用于不同系統之間的通信。圖1通過將其與星巴克的工作方式進行比較，闡述了消息隊列的概念。

在星巴克，收銀員接受訂單并收取款項，然后在咖啡杯上寫下顧客的名字，交給下一個步驟。制作咖啡的人拿起訂單和杯子，然后制作咖啡。然后顧客在柜臺上取走咖啡。這三個步驟是異步進行的。收銀員只是將訂單以咖啡杯的形式放下，并不等待完成。制作咖啡的人只是將完成的咖啡放在柜臺上，并不等待顧客來取。

當您在星巴克下訂單時，收銀員接受訂單并在杯子上寫下您的名字，然后轉向下一個顧客。然后咖啡師拿起杯子，準備您的飲品，然后留下供您取走。這個過程之所以美妙，是因為每個步驟都是獨立運作的。這很像一個異步系統。

 圖1 星巴克作為消息隊列的類比

這種異步處理，每個步驟都不必等待前一個步驟完成，顯著增加了系統的吞吐量。例如，收銀員不必等待您的飲品制作完成后才接受另一個訂單。

消息隊列的一個示例

現在，讓我們將焦點轉向一個真實世界的例子：電子商務中的限時搶購。由于用戶活動激增，限時搶購可能會給系統帶來壓力。為了應對這種需求，采用了許多策略，而消息隊列通常在后端優化中發揮關鍵作用。

一個簡化的電子商務限時搶購架構如圖2所示。

• 步驟1和2：顧客向訂單服務下訂單。
• 步驟3：在處理付款之前，訂單服務保留所選的庫存。
• 步驟4：然后訂單服務將支付指令發送到支付服務。支付服務會扇出到3個服務：支付渠道、通知和分析。
• 步驟5.1和6.1：支付服務將支付指令發送到支付渠道服務。支付渠道服務與外部PSP（支付服務提供商）進行通信，以完成交易。
• 步驟5.2和6.2：支付服務向通知服務發送通知，通知服務然后通過電子郵件或短信向顧客發送通知。
• 步驟5.3：支付服務向分析服務發送交易詳細信息。

圖2 一個簡化的電子商務限時搶購架構

這里的一個關鍵點是，在限時搶購活動中，無縫的用戶體驗至關重要。為了在高流量情況下保持服務的響應能力，可以在多個階段集成消息隊列，以確保性能最佳。

消息隊列的優勢扇出

支付服務將數據發送到三個下游服務，用于不同的目的：支付渠道、通知和分析。這種扇出方法就像有人在房間里大聲喊話；誰需要聽到，就聽到了。生產者只需將消息放在隊列中，而消費者可以按照自己的節奏處理消息。

(1) 異步處理

借用星巴克的類比，就像收銀員不必等待咖啡制作完成一樣，訂單服務也不必等待支付完成。支付指令被放置在隊列中，一旦完成，顧客就會收到通知。

(2) 速率限制

在限時搶購活動中，可能會有數以萬計的并發用戶同時下訂單。在滿足渴望購買的顧客和保持系統穩定之間取得平衡非常重要。一種常見的方法是在特定的時間范圍內限制進入的請求數量，以匹配系統的容量。多余的請求可能會被拒絕或要求在短時間延遲后重試。這種方法確保系統保持穩定，不會被壓垮。對于成功通過的請求，消息隊列確保它們被高效有序地處理。如果系統的某個部分暫時滯后，訂單不會丟失。它會在隊列中保持，直到可以處理為止。這確保了即使在壓力下也能保持流暢的流程。

(3) 解耦

我們的設計在多個地方使用了消息隊列。總體架構與圖2中呈現的簡化版本不同。服務之間通過定義良好的消息接口進行交互，而不是緊密依賴彼此。每個服務都可以獨立進行修改和部署。每個組件可以使用不同的編程語言進行開發。這為架構設計帶來了靈活性。

(4) 橫向擴展

由于服務被解耦，我們可以根據需求獨立地進行擴展。每個服務可以在不同的能力范圍內提供服務，因此我們可以根據其計劃的每秒查詢數（QPS）或每秒事務數（TPS）進行擴展。

(5) 消息持久性

消息隊列還可以用作存儲消息的中間件。如果上游服務崩潰，下游服務始終可以從消息隊列中獲取消息進行處理。通過這種方式，恢復功能從每個服務中移出，并成為消息隊列的責任。

(6) 批處理

在處理流程中，有時我們需要對數據進行批處理以獲得摘要。例如，當支付服務向分析服務發送更新時，分析服務不需要執行實時更新，而是設置一個滾動窗口以批處理處理。批處理是下游服務的要求，因此支付服務不需要知道它，只需將消息放入隊列中。

(7) 消息排序

在限時搶購中，庫存數量有限。例如，限時搶購只提供10部iPhone，但有超過10,000名下訂單的用戶。我們如何決定訂單的順序呢？通過使用消息隊列來保留所有訂單，將會自然形成一個順序：隊列中的前10個訂單將獲得iPhone。

在圖3中，我們將所有內容整合在一起，服務通過消息隊列連接并解耦。這樣，架構可以實現更高的吞吐量。

 圖3 在限時搶購架構中使用消息隊列