大家好，我是三友~~
在众多关于MQ的面试八股文中有这么一道题，“如何保证MQ消息消费的幂等性”。
为什么需要保证幂等性呢？是因为消息会重复消费。
为什么消息会重复消费？
明明已经消费了，为什么消息会被再次被消费呢？
不同的MQ产生的原因可能不一样
本文就以RocketMQ为例，来扒一扒RocketMQ中会导致消息重复消息的原因，最终你会发现，其实消息重复消费算是RocketMQ无奈的“bug”。
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如果有对RocketMQ不熟悉的小伙伴，可以看看我之前写的 RocketMQ保姆级教程 和 RocketMQ消息短暂而又精彩的一生 这两篇文章。
消息发送异常时重复发送
首先，我们来瞅瞅RocketMQ发送消息和消费消息的基本原理。
如图，简单说一下上图中的概念：
- Broker，就是RocketMQ的服务端，如上图就有两个服务实例
- Topic就是一类消息集合的名字
- Queue就是Topic的对应的队列，消息都存在Queue上，每个Topic都会有自己的几个Queue
所以，整个消息发送和消费过程大致如下：
- 生产者在发送消息之前根据负载均衡策略(默认是轮询)选择一个Queue，然后跟这个Queue所在的机器建立连接，把消息发送到这个Queue上
- 消费者只要消费这个Queue，那么就能消费到消息
在正常情况下，生产者的确是按照这个方式来发送消息的
但是当出现了异常时，这种异常包括消息发送超时、响应超时等等，RocketMQ为了保证消息成功发送，会进行消息发送的重试操作，默认情况下会最多会重试两次
重试操作比较简单，就是选择另一台机器的Queue来发送。
虽然重试操作可以很大程度保证消息能够发送成功，但是同时也会带来消息重复发送的问题。
举个例子，假设生产者向A机器发送消息，发生了异常，响应超时了，但是就一定代表消息没发成功么？
不一定，有可能会出现服务端的确接受到并处理了消息，但是由于网络波动等等，导致生产者接收不到服务端响应的情况，此时消息处理成功了，但是生成者还是以为发生了异常
此时如果发生重试操作，那么势必会导致消息被发送了两次甚至更多次，导致服务端存了多条相同的消息，那么就一定会导致消费者重复消费消息。
消费消息抛出异常
在RocketMQ的并发消费消息的模式下，需要用户实现MessageListenerConcurrently接口来处理消息
当消费者获取到消息之后会调用MessageListenerConcurrently的实现，传入需要消费的消息集合msgs，这里提到的msgs很重要
如上代码，当消息消费出现异常的时候，status就会为null，后面就会将status设置成为RECONSUME_LATER。
RECONSUME_LATER翻译成功中文就是稍后重新消费的意思
所以从这可以看出，一旦抛出异常，那么消息之后就可以被重复消息。
到这其实可能有小伙伴觉得消息消费失败重新消费很正常，保证消息尽可能消费成功。
对，这句话不错，的确可以在一定程度上保证消费异常的消息可以消费成功。
但是坑不在这，而是前面提到的消费时传入的整个集合中的消息都需要被重新消费。
具体的原因我们接着往下看
当消息处理之后，不论是成功还是异常，都需要对结果进行处理，代码如下
当处理结果为RECONSUME_LATER的时候（异常会设置为RECONSUME_LATER），此时ackIndex会设置成-1，后面循环遍历的时候就会遍历到所有这次消费的消息，然后调用sendMessageBack方法，sendMessageBack方式是用来实现消息重新消费的逻辑，这里就不展开说了。
所以，一旦被消费的一批消息中出现一个消费异常的情况，那么就会导致整批消息被重新消费，从而会导致在出现异常之前的成功处理的消息都会被重复消费，非常坑。
不过好在消费时传入的消息集合中的消息数量是可以设置的，并且默认就是1
也就说默认情况下那个集合中就一条消息，所以默认情况下不会出现消费成功的消息被重复消费的情况。
所以这个参数不要轻易设置，一旦设置大了，就可能导致消息被重新消费。
除了并发消费消息的模式以外，RocketMQ还支持顺序消费消息的模式，也会造成重复消费，逻辑其实差不多，但是在实现消息重新消费的逻辑不一样。
消费者提交offset失败
首先来讲一讲什么是offset。
前面说过，消息在发送的时候需要指定发送到，消息最后会被放到Queue中，其实真正的消息不是在Queue中，Queue存的是每个消息的位置，但是你可以理解为Queue存的是消息。
而消息在Queue中是有序号的，这个序号就被称为offset，从0开始，单调递增1。
比如说，如上图，消息1的offset就是0，消息2的offset就是1，依次类推。
这个offset的一个作用就是用来管理消费者的消费进度。
当消费者在成功消费消息之后，需要将所消费的消息的offset提交给RocketMQ服务端，告诉RocketMQ，这个Queue的消息我已经消费到了这个位置了。
提交offset的代码就在上述第二节提到的处理结果的后面
这样有一个好处，那么一旦消费者重启了或者其它啥的要从这个Queue拉取消息的时候，此时他只需要问问RocketMQ服务端上次这个Queue消息消费到哪个位置了，之后消费者只需要从这个位置开始消费消息就行了，这样就解决了接着消费的问题。
但是RocketMQ在设计的时候，当消费完消息的时候并不是同步告诉RocketMQ服务端offset，而是定时发送。
如图，当消费者消费完消息的时候，会将offset保存到内存中的一个Map数据结构中，所以上面截图的那段代码其实是更新内存中的offset
而在消费者启动的时候会开启一个定时任务，默认是5s一次，会通过网络请求将内存中的每个Queue的消费进度offset发送给RocketMQ服务端。
由于是定时任务，所以就可能出现服务器一旦宕机，导致最新消费的offset没有成功告诉RocketMQ服务端的情况
此时，消费进度offset就丢了，那么消费者重启的时候只能从RocketMQ中获取到上一次提交的offset，从这里开始消费，而不是最新的offset，出现明明消费到了第8个消息，RocketMQ却告诉他只消费到了第5个消息的情况，此时必然会导致消息又出现重复消费的情况。
服务端持久化offset失败
上一节说到，消费者会有一个每隔5s钟的定时任务将每个队列的消费进度offset提交到RocketMQ服务端
当RocketMQ服务端接收到提交请求之后，会将这个消费进度offset保存到内存中
同时为了保证RocketMQ服务端重启消费进度不会丢失，也会开启一个定时任务，默认也是5s一次，将内存中的消费进度持久化到磁盘文件中
所以，整个消费进度offset的数据流转过程如下
当RocketMQ服务端重启之后，会从磁盘中读取文件的数据加载到内存中。
跟消费者产生的问题一样，一旦RocketMQ发生宕机，那么offset就有可能丢失5s钟的数据，RocketMQ服务端一旦重启，消费者从RocketMQ服务端获取到的消息消费进度就比实际消费的进度低，同样也会导致消息重复消费。
主从同步offset失败
在RocketMQ的高可用模式中，有一种名叫主从同步的模式，当主节点挂了之后，从节点可以手动升级为主节点对外提供访问，保证高可用。
在主从同步模式下，从节点默认每隔10s会向主节点发送请求，同步一些元数据，这些元数据就包括消费进度
当从节点获取到主节点的消费进度之后，会将主节点的消费进度设置到自己的内存中，同时也会持久化到磁盘。
所以整个消费进度offset的数据的流转过程就会变成如下
同样，由于也是定时任务，那么一旦主节点挂了，从节点就会丢10s钟的消费进度，此时如果从节点升级为主节点对外提供访问，就会出现跟上面提到的一样的情况，消费者从这个新的主节点中拿到的消费进度比实际的低，自然而然就会重复消费消息。
所以，总的来说，在消费进度数据流转的过程中，只要某个环节出现了问题，都有很有可能会导致消息重复消费。
重平衡
先来讲一讲什么是重平衡，其实重平衡很好理解，我说一下你就明白了。
前面说到，消费者是从队列中获取消息的
在RocketMQ中，有个消费者组的概念，一个消费者组中可以有多个消费者，不同消费者组之间消费消息是互不干扰的，所以前面提到的消费者其实都在消费组下
在同一个消费者组中，消息消费有两种模式：
- 集群消费模式
- 广播消费模式
由于RocketMQ默认是集群消费模式，并且绝大多数业务场景都是使用集群消费模式，所以这里就不讨论广播消费模式了，感兴趣的同学可以看看RocketMQ消息短暂而又精彩的一生 这篇文章。
集群消费模式是指同一条消息只能被这个消费者组消费一次，这就叫集群消费。
并且前面提到提交消费进度给RocketMQ服务端的情况只会集群消费模式下才会有，在广播消费模式不会提给到RocketMQ服务端，仅仅持久化到本地磁盘
同时前面说的消费者提交消费进度真正提交的是消费者组对于这个Queue的消费进度，而不是指具体的某个消费者对于Queue消费进度。
虽然说这里将前面提到的一些含义更深一步，但是并不妨碍前面的理解。
集群消费的实现就是将队列按照一定的算法分配给消费者，默认是按照平均分配的。
如图所示，假设某个topic有4个Queue，有个消费者组订阅了这个topic，这个消费者组有两个消费者1和消费者2，此时每个消费者就可以被分配两个队列，这样就能保证消息正常情况下只会被消费一次。如果只有一个消费者，那么这个消费者就会消费所有队列，很好理解。
接着后面又启动了一个消费者3，此时为了保证刚上线的消费者3能够消费消息，就要进行重平衡操作，重新分配每个消费者消费的队列。
在重平衡之后就可能会出现下面这种情况
如上图，原本被消费者2消费的Queue4被分配给消费者3，此时消费者3就能消费到消息了，这就是重平衡。
除了新增消费者会导致重平衡之外，消费者数量减少，队列的数量增加或者减少都会触发重平衡。
在了解了重平衡概念之后，接下来分析一下为什么重平衡会导致消息的重复消费。
假设在进行重平衡时，还未重平衡完之前，消费者2此时还是会按照上面第二节提到的消费消息的逻辑来消费Queue4的消息
当消费者2已经重平衡完成了，发现Queue4自己已经不能消费了，那么此时就会把这个Queue4设置为dropped，就是丢弃的意思
但是由于重平衡进行时消费者2仍然在消费Queue4的消息，但是当消费完之后，发现队列被设置成dropped，那么此时被消费者2消费消息的offset就不会被提交，原因如下代码
这段代码前面已经出现过，一旦dropped被设置成true，这个if条件就通不过，消费进度就不会被提交。
成功消费消息了，但是却不提交消费进度，这就非常坑了。。
于是当消费者3开始消费Queue4的消息的时候，他就会问问RocketMQ服务端，我消费者3所在的消费者组对于Queue4这个队列消费到哪了，我接着消费就行了。
此时由于没有提交消费进度，RocketMQ服务端告诉消费者3的消费进度就会比实际的低，这就造成了消息重复消费的情况。
清理长时间消费的消息
在RocketMQ中有这么一个机制，会定时清理长时间正在消费的消息。
如图，假设有5条消息现在正在被消费者处理，这5条消息会被存在一个集合中，并且是按照offset的大小排序，消息1的offset最小，消息5的offset最大。
RocketMQ消费者启动时会开启一个默认15分钟执行一次的定时任务
这个定时任务会去检查正在处理的消息的第一条消息，也就是图中的消息1，一旦发现消息1已经处理了超过15分钟了，那么此时就会将消息1从集合中移除，之后会隔一定时间再次消费消息1。
这也会有坑，虽然消息1从集合中被移除了，但是消息1并没有消失，仍然被消费者继续处理，但是消息1隔一定时间就会再次被消费，就会出现消息1被重复消费的情况。
这就是清理长时间消费的消息导致重复消费的原因。
但此时又会引出一个新的疑问，为什么要移除这个处理超过15分钟的消息呢？
这就又跟前面提到的消费进度提交有关！
前面说过消息被消费完成之后会提交消费进度，提交的消费进度实际会有两种情况：
第一种就是某个线程消费了所有的消息，当把所有的消息都消费完成之后，就会把消息从集合中全部移除，此时提交的消费进度offset就是图中消息5的offset+1
加1的操作是为了保证如果发生重启，那么消费者下次消费的起始位置就是消息5后面的消息，保证消息5不被重复消费
第二种情况就不太一样了
假设现在有两个线程来处理这5条消息，线程1处理前2条，线程2处理后3条，如图
现在线程1出现了长时间处理消息的情况。
此时线程2处理完消息之后，移除后面三条消息，准备提交offset的时候发现集合中还有元素，就是线程1正在处理的前两条消息，此时线程2提交的offset并不是消息5对应的offset，而是消息1的offset，代码如下
这么做的主要原因就是保证消息1和消息2至少被消费一次。
因为一旦提交了消息5对应的offset，如果消费者重启了，下次消费就会接着从消息5的后面开始消费，而对于消息1和消息2来说，并不知道有没有被消费成功，就有可能出现消息丢失的情况。
所以，一旦集合中最前面的消息长时间处理，那么就会导致后面被消费的消息进度无法提交，那么重启之后就会导致大量消息被重复消费。
为了解决这个问题，RocketMQ引入了定时清理的机制，定时清理长时间消费的消息，这样消费进度就可以提交了。
最后
总得来说，RocketMQ中还是存在很多种导致消息重读消费的情况，并且官方也说了，只是在大多数情况下消息不会重复
所以如果你的业务场景中需要保证消息不能重复消费，那么就需要根据业务场景合理的设计幂等技术方案。
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