高可用服务 AHAS 在消息队列 MQ 削峰填谷场景下的应用-阿里云开发者社区

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高可用服务 AHAS 在消息队列 MQ 削峰填谷场景下的应用

简介: 在消息队列中,当消费者去消费消息的时候,无论是通过 pull 的方式还是 push 的方式,都可能会出现大批量的消息突刺。如果此时要处理所有消息,很可能会导致系统负载过高,影响稳定性。但其实可能后面几秒之内都没有消息投递,若直接把多余的消息丢掉则没有充分利用系统处理消息的能力。

在消息队列中,当消费者去消费消息的时候,无论是通过 pull 的方式还是 push 的方式,都可能会出现大批量的消息突刺。如果此时要处理所有消息,很可能会导致系统负载过高,影响稳定性。但其实可能后面几秒之内都没有消息投递,若直接把多余的消息丢掉则没有充分利用系统处理消息的能力。我们希望可以把消息突刺均摊到一段时间内,让系统负载保持在消息处理水位之下的同时尽可能地处理更多消息,从而起到“削峰填谷”的效果:

削峰填谷

上图中红色的部分代表超出消息处理能力的部分。

我们可以看到消息突刺往往都是瞬时的、不规律的,其后一段时间系统往往都会有空闲资源。我们希望把红色的那部分消息平摊到后面空闲时去处理,这样既可以保证系统负载处在一个稳定的水位,又可以尽可能地处理更多消息,这时候我们就需要一个能够控制消费端消息匀速处理的利器 — AHAS 流控降级,来为消息队列削峰填谷,保驾护航。

AHAS 是如何削峰填谷的

AHAS 的流控降级是面向分布式服务架构的专业流量控制组件,主要以流量为切入点,从流量控制、熔断降级、系统保护等多个维度来帮助您保障服务的稳定性,同时提供强大的聚合监控和历史监控查询功能。

AHAS 专门为这种场景提供了匀速排队的控制特性,可以把突然到来的大量请求以匀速的形式均摊,以固定的间隔时间让请求通过,以稳定的速度逐步处理这些请求,起到“削峰填谷”的效果,从而避免流量突刺造成系统负载过高。同时堆积的请求将会排队,逐步进行处理;当请求排队预计超过最大超时时长的时候则直接拒绝,而不是拒绝全部请求。

比如在 RocketMQ 的场景下配置了匀速模式下请求 QPS 为 5,则会每 200 ms 处理一条消息,多余的处理任务将排队;同时设置了超时时间,预计排队时长超过超时时间的处理任务将会直接被拒绝。示意图如下图所示:

Uniform rate

RocketMQ Consumer 接入示例

本部分将引导您快速在 RocketMQ 消费端接入 AHAS 流控降级 Sentinel。

1. 开通 AHAS

首先您需要到AHAS 控制台开通 AHAS 功能(免费)。可以根据 开通 AHAS 文档 里面的指引进行开通。

2. 代码改造

在结合阿里云 RocketMQ Client 使用 Sentinel 时,用户需要引入 AHAS Sentinel 的依赖 ahas-sentinel-client (以 Maven 为例):

<dependency>
    <groupId>com.alibaba.csp</groupId>
    <artifactId>ahas-sentinel-client</artifactId>
    <version>1.1.0</version>
</dependency>

由于 RocketMQ Client 未提供相应拦截机制,而且每次收到都可能是批量的消息,因此用户在处理消息时需要手动进行资源定义(埋点)。我们可以在处理消息的逻辑处手动进行埋点,资源名可以根据需要来确定(如 groupId + topic 的组合):

    private static Action handleMessage(Message message, String groupId, String topic) {
        Entry entry = null;
        try {
            // 资源名称为 groupId 和 topic 的组合,便于标识,同时可以针对不同的 groupId 和 topic 配置不同的规则
            entry = SphU.entry("handleMqMessage:" + groupId + ":" + topic);
          
            // 在此处编写真实的处理逻辑
            System.out.println(System.currentTimeMillis() + " | handling message: " + message);
            return Action.CommitMessage;
        } catch (BlockException ex) {
            // 在编写处理被流控的逻辑
            // 示例:可以在此处记录错误或进行重试
            System.err.println("Blocked, will retry later: " + message);
            return Action.ReconsumeLater; // 会触发消息重新投递
        } finally {
            if (entry != null) {
                entry.exit();
            }
        }
    }

消费者订阅消息的逻辑示例:

Consumer consumer = ONSFactory.createConsumer(properties);
consumer.subscribe(topic, "*", (message, context) -> {
    return handleMessage(message);
});
consumer.start();

更多关于 RocketMQ SDK 的信息可以参考 消息队列 RocketMQ 入门文档

3. 获取 AHAS 启动参数

注意:若在本地运行接入 AHAS Sentinel 控制台需要在页面左上角选择 公网 环境,若在阿里云 ECS 环境则在页面左上角选择对应的 Region 环境。

我们可以进入 AHAS 控制台,点击左侧侧边栏的 流控降级,进入 AHAS 流控降级控制台应用总览页面。在页面右上角,单击添加应用,选择 SDK 接入页签,到 配置启动参数 页签拿到需要的启动参数(详情请参考 SDK 接入文档),类似于:

-Dproject.name=AppName -Dahas.license=<License>

其中 project.name 配置项代表应用名(会显示在控制台,比如 MqConsumerDemo),ahas.license 配置项代表自己的授权 license(ECS 环境不需要此项)。

4. 启动 Consumer,配置规则

接下来我们添加获取到的启动参数,启动修改好的 Consumer 应用。由于 AHAS 流控降级需要进行资源调用才能触发初始化,因此首先需要向对应 group/topic 发送一条消息触发初始化。消费端接收到消息后,我们就可以在 AHAS Sentinel 控制台上看到我们的应用了。点击应用卡片,进入详情页面后点击左侧侧边栏的“机器列表”。我们可以在机器列表页面看到刚刚接入的机器,代表接入成功:

1550735297356_88465105_1099_4a15_9028_bde07c20dc84

点击“请求链路”页面,我们可以看到之前定义的资源。点击右边的“流控”按钮添加新的流控规则:

1550733424354_d626e59b_2cc5_4c19_8da6_3544e7eb6e99

我们在“流控方式”中选择“排队等待”,设置 QPS 为 10,代表每 100ms 匀速通过一个请求;并且设置最大超时时长为 2000ms,超出此超时时间的请求将不会排队,立即拒绝。配置完成后点击新建按钮。

5. 发送消息,查看效果

下面我们可以在 Producer 端批量发送消息,然后在 Consumer 端的控制台输出处观察效果。可以看到消息消费的速率是匀速的,大约每 100 ms 消费一条消息:

1550732955137 | handling message: Hello MQ 2453
1550732955236 | handling message: Hello MQ 9162
1550732955338 | handling message: Hello MQ 4944
1550732955438 | handling message: Hello MQ 5582
1550732955538 | handling message: Hello MQ 4493
1550732955637 | handling message: Hello MQ 3036
1550732955738 | handling message: Hello MQ 1381
1550732955834 | handling message: Hello MQ 1450
1550732955937 | handling message: Hello MQ 5871

同时不断有排队的处理任务完成,超出等待时长的处理请求直接被拒绝。注意在处理请求被拒绝的时候,需要根据需求决定是否需要重新消费消息。

我们也可以点击左侧侧边栏的“监控详情”进入监控详情页面,查看处理消息的监控曲线:

1550733864124_bdc35a38_cee3_4f77_a599_9898fa685fa2

对比普通限流模式的监控曲线(最右面的部分):

1550733991366_2bb63f68_df03_444f_bb4e_d3abb1395ea0

如果不开启匀速模式,只是普通的限流模式,则只会同时处理 10 条消息,其余的全部被拒绝,即使后面的时间系统资源充足多余的请求也无法被处理,因而浪费了许多空闲资源。两种模式对比说明匀速模式下消息处理能力得到了更好的利用。

Kafka 接入代码示例

Kafka 消费端接入 AHAS 流控降级的思路与上面的 RocketMQ 类似,这里给出一个简单的代码示例:

private static void handleMessage(ConsumerRecord<String, String> record, String groupId, String topic) {
    pool.submit(() -> {
        Entry entry = null;
        try {
            // 资源名称为 groupId 和 topic 的组合,便于标识,同时可以针对不同的 groupId 和 topic 配置不同的规则
            entry = SphU.entry("handleKafkaMessage:" + groupId + ":" + topic);

            // 在此处理消息.
            System.out.printf("[%d] Receive new messages: %s%n", System.currentTimeMillis(), record.toString());
        } catch (BlockException ex) {
            // Blocked.
            // NOTE: 在处理请求被拒绝的时候,需要根据需求决定是否需要重新消费消息
            System.err.println("Blocked: " + record.toString());
        } finally {
            if (entry != null) {
                entry.exit();
            }
        }
    });
}

消费消息的逻辑:

while (true) {
    try {
        ConsumerRecords<String, String> records = consumer.poll(1000);
        // 必须在下次 poll 之前消费完这些数据, 且总耗时不得超过 SESSION_TIMEOUT_MS_CONFIG
        // 建议开一个单独的线程池来消费消息,然后异步返回结果
        for (ConsumerRecord<String, String> record : records) {
            handleMessage(record, groupId, topic);
        }
    } catch (Exception e) {
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (Throwable ignore) {
        }
        e.printStackTrace();
    }
}

其它

以上介绍的只是 AHAS 流控降级的其中一个场景 —— 请求匀速,它还可以处理更复杂的各种情况,比如:

  • 流量控制:可以针对不同的调用关系,以不同的运行指标(如 QPS、线程数、系统负载等)为基准,对资源调用进行流量控制,将随机的请求调整成合适的形状(请求匀速、Warm Up 等)。
  • 熔断降级:当调用链路中某个资源出现不稳定的情况,如平均 RT 增高、异常比例升高的时候,会使对此资源的调用请求快速失败,避免影响其它的资源导致级联失败。
  • 系统负载保护:对系统的维度提供保护。当系统负载较高的时候,提供了对应的保护机制,让系统的入口流量和系统的负载达到一个平衡,保证系统在能力范围之内处理最多的请求。

您可以参考 AHAS 流控降级文档 来挖掘更多的场景。

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