作者 | 洛夜
来源 | 阿里巴巴云原生公众号
Spring Cloud Stream在 Spring Cloud 体系内用于构建高度可扩展的基于事件驱动的微服务,其目的是为了简化消息在 Spring Cloud 应用程序中的开发。
Spring Cloud Stream (后面以 SCS 代替 Spring Cloud Stream) 本身内容很多,而且它还有很多外部的依赖,想要熟悉 SCS,必须要先了解 Spring Messaging 和 Spring Integration 这两个项目,接下来,文章将围绕以下三点进行展开:
- 什么是 Spring Messaging
- 什么是 Spring Integration
- 什么是 SCS 体系及其原理
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Spring Messaging
Spring Messaging 是 Spring Framework 中的一个模块,其作用就是统一消息的编程模型。
- 比如消息 Messaging 对应的模型就包括一个消息体 Payload 和消息头 Header:
package org.springframework.messaging;
public interface Message<T> {
T getPayload();
MessageHeaders getHeaders();
}
- 消息通道 MessageChannel 用于接收消息,调用send方法可以将消息发送至该消息通道中:
@FunctionalInterface
public interface MessageChannel {
long INDEFINITE_TIMEOUT = -1;
default boolean send(Message<?> message) {
return send(message, INDEFINITE_TIMEOUT);
}
boolean send(Message<?> message, long timeout);
}
消息通道里的消息如何被消费呢?
- 由消息通道的子接口可订阅的消息通道SubscribableChannel实现,被MessageHandler消息处理器所订阅:
public interface SubscribableChannel extends MessageChannel {
boolean subscribe(MessageHandler handler);
boolean unsubscribe(MessageHandler handler);
}
- 由MessageHandler真正地消费/处理消息:
@FunctionalInterface
public interface MessageHandler {
void handleMessage(Message<?> message) throws MessagingException;
}
Spring Messaging 内部在消息模型的基础上衍生出了其它的一些功能,如:
- 消息接收参数及返回值处理:消息接收参数处理器HandlerMethodArgumentResolver配合@Header, @Payload等注解使用;消息接收后的返回值处理器HandlerMethodReturnValueHandler配合@SendTo注解使用;
- 消息体内容转换器MessageConverter;
- 统一抽象的消息发送模板AbstractMessageSendingTemplate;
- 消息通道拦截器ChannelInterceptor;
Spring Integration
Spring Integration 提供了 Spring 编程模型的扩展用来支持企业集成模式(Enterprise Integration Patterns),是对 Spring Messaging 的扩展。
它提出了不少新的概念,包括消息路由MessageRoute、消息分发MessageDispatcher、消息过滤Filter、消息转换Transformer、消息聚合Aggregator、消息分割Splitter等等。同时还提供了MessageChannel和MessageHandler的实现,分别包括 DirectChannel、ExecutorChannel、PublishSubscribeChannel和MessageFilter、ServiceActivatingHandler、MethodInvokingSplitter 等内容。
这里为大家介绍几种消息的处理方式:
- 消息的分割:
- 消息的聚合:
- 消息的过滤:
- 消息的分发:
接下来,我们以一个最简单的例子来尝试一下 Spring Integration。
这段代码解释为:
SubscribableChannel messageChannel =new DirectChannel(); // 1
messageChannel.subscribe(msg-> { // 2
System.out.println("receive: " +msg.getPayload());
});
messageChannel.send(MessageBuilder.withPayload("msgfrom alibaba").build()); // 3
- 构造一个可订阅的消息通道messageChannel。
- 使用MessageHandler去消费这个消息通道里的消息。
- 发送一条消息到这个消息通道,消息最终被消息通道里的MessageHandler所消费。
- 最后控制台打印出:receive: msg from alibaba。
DirectChannel内部有个UnicastingDispatcher类型的消息分发器,会分发到对应的消息通道MessageChannel中,从名字也可以看出来,UnicastingDispatcher是个单播的分发器,只能选择一个消息通道。那么如何选择呢? 内部提供了LoadBalancingStrategy负载均衡策略,默认只有轮询的实现,可以进行扩展。
我们对上段代码做一点修改,使用多个 MessageHandler 去处理消息:
SubscribableChannel messageChannel = new DirectChannel();
messageChannel.subscribe(msg -> {
System.out.println("receive1: " + msg.getPayload());
});
messageChannel.subscribe(msg -> {
System.out.println("receive2: " + msg.getPayload());
});
messageChannel.send(MessageBuilder.withPayload("msg from alibaba").build());
messageChannel.send(MessageBuilder.withPayload("msg from alibaba").build());
由于DirectChannel内部的消息分发器是UnicastingDispatcher单播的方式,并且采用轮询的负载均衡策略,所以这里两次的消费分别对应这两个MessageHandler。控制台打印出:
receive1: msg from alibaba
receive2: msg from alibaba
既然存在单播的消息分发器UnicastingDispatcher,必然也会存在广播的消息分发器,那就是BroadcastingDispatcher,它被 PublishSubscribeChannel 这个消息通道所使用。广播消息分发器会把消息分发给所有的 MessageHandler:
SubscribableChannel messageChannel = new PublishSubscribeChannel();
messageChannel.subscribe(msg -> {
System.out.println("receive1: " + msg.getPayload());
});
messageChannel.subscribe(msg -> {
System.out.println("receive2: " + msg.getPayload());
});
messageChannel.send(MessageBuilder.withPayload("msg from alibaba").build());
messageChannel.send(MessageBuilder.withPayload("msg from alibaba").build());
Spring Cloud Stream
SCS 与各模块之间的关系是:
- SCS 在 Spring Integration 的基础上进行了封装,提出了Binder, Binding, @EnableBinding, @StreamListener等概念。
- SCS 与 Spring Boot Actuator 整合,提供了/bindings, /channelsendpoint。
- SCS 与 Spring Boot Externalized Configuration 整合,提供了BindingProperties, BinderProperties等外部化配置类。
- SCS 增强了消息发送失败的和消费失败情况下的处理逻辑等功能。
- SCS 是 Spring Integration 的加强,同时与 Spring Boot 体系进行了融合,也是 Spring Cloud Bus 的基础。它屏蔽了底层消息中间件的实现细节,希望以统一的一套 API 来进行消息的发送/消费,底层消息中间件的实现细节由各消息中间件的 Binder 完成。
Binder是提供与外部消息中间件集成的组件,为构造Binding提供了 2 个方法,分别是bindConsumer和bindProducer,它们分别用于构造生产者和消费者。目前官方的实现有 Rabbit Binder 和 Kafka Binder, Spring Cloud Alibaba 内部已经实现了 RocketMQ Binder。
从图中可以看出,Binding是连接应用程序跟消息中间件的桥梁,用于消息的消费和生产。我们来看一个最简单的使用 RocketMQ Binder 的例子,然后分析一下它的底层处理原理:
- 启动类及消息的发送:
@SpringBootApplication
@EnableBinding({ Source.class, Sink.class }) // 1
public class SendAndReceiveApplication {
public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(SendAndReceiveApplication.class, args);
}
@Bean // 2
public CustomRunner customRunner() {
return new CustomRunner();
}
public static class CustomRunner implements CommandLineRunner {
@Autowired
private Source source;
@Override
public void run(String... args) throws Exception {
int count = 5;
for (int index = 1; index <= count; index++) {
source.output().send(MessageBuilder.withPayload("msg-" + index).build()); // 3
}
}
}
}
- 消息的接收:
@Service
public class StreamListenerReceiveService {
@StreamListener(Sink.INPUT) // 4
public void receiveByStreamListener1(String receiveMsg) {
System.out.println("receiveByStreamListener: " + receiveMsg);
}
}
这段代码很简单,没有涉及到 RocketMQ 相关的代码,消息的发送和接收都是基于 SCS 体系完成的。如果想切换成 RabbitMQ 或 Kafka,只需修改配置文件即可,代码无需修改。
我们来分析下这段代码的原理:
1.@EnableBinding对应的两个接口属性Source和Sink是 SCS 内部提供的。SCS 内部会基于Source和Sink构造BindableProxyFactory,且对应的 output 和 input 方法返回的 MessageChannel 是DirectChannel。output 和 input 方法修饰的注解对应的 value 是配置文件中 binding 的 name。
public interface Source {
String OUTPUT = "output";
@Output(Source.OUTPUT)
MessageChannel output();
}
public interface Sink {
String INPUT = "input";
@Input(Sink.INPUT)
SubscribableChannel input();
}
配置文件里 bindings 的 name 为 output 和 input,对应Source和Sink接口的方法上的注解里的 value:
spring.cloud.stream.bindings.output.destination=test-topic
spring.cloud.stream.bindings.output.content-type=text/plain
spring.cloud.stream.rocketmq.bindings.output.producer.group=demo-group
spring.cloud.stream.bindings.input.destination=test-topic
spring.cloud.stream.bindings.input.content-type=text/plain
spring.cloud.stream.bindings.input.group=test-group1
- 构造CommandLineRunner,程序启动的时候会执行CustomRunner的run方法。
- 调用Source接口里的 output 方法获取DirectChannel,并发送消息到这个消息通道中。这里跟之前 Spring Integration 章节里的代码一致。
- Source 里的 output 发送消息到DirectChannel消息通道之后会被AbstractMessageChannelBinder#SendingHandler这个MessageHandler处理,然后它会委托给AbstractMessageChannelBinder#createProducerMessageHandler创建的 MessageHandler 处理(该方法由不同的消息中间件实现)。
- 不同的消息中间件对应的AbstractMessageChannelBinder#createProducerMessageHandler方法返回的 MessageHandler 内部会把 Spring Message 转换成对应中间件的 Message 模型并发送到对应中间件的 broker。
- 使用@StreamListener进行消息的订阅。请注意,注解里的Sink.input对应的值是 “input”,会根据配置文件里 binding 对应的 name 为 input 的值进行配置:
- 不同的消息中间件对应的AbstractMessageChannelBinder#createConsumerEndpoint方法会使用 Consumer 订阅消息,订阅到消息后内部会把中间件对应的 Message 模型转换成 Spring Message。
- 消息转换之后会把 Spring Message 发送至 name 为 input 的消息通道中。
- @StreamListener对应的StreamListenerMessageHandler订阅了 name 为 input 的消息通道,进行了消息的消费。
这个过程文字描述有点啰嗦,用一张图总结一下(黄色部分涉及到各消息中间件的 Binder 实现以及 MQ 基本的订阅发布功能):
SCS 章节的最后,我们来看一段 SCS 关于消息的处理方式的一段代码:
@StreamListener(value = Sink.INPUT, condition = "headers['index']=='1'")
public void receiveByHeader(Message msg) {
System.out.println("receive by headers['index']=='1': " + msg);
}
@StreamListener(value = Sink.INPUT, condition = "headers['index']=='9999'")
public void receivePerson(@Payload Person person) {
System.out.println("receive Person: " + person);
}
@StreamListener(value = Sink.INPUT)
public void receiveAllMsg(String msg) {
System.out.println("receive allMsg by StreamListener. content: " + msg);
}
@StreamListener(value = Sink.INPUT)
public void receiveHeaderAndMsg(@Header("index") String index, Message msg) {
System.out.println("receive by HeaderAndMsg by StreamListener. content: " + msg);
}
有没有发现这段代码跟 Spring MVC Controller 中接收请求的代码很像? 实际上他们的架构都是类似的,Spring MVC 对于 Controller 中参数和返回值的处理类分别是org.springframework.web.method.support.HandlerMethodArgumentResolver、org.springframework.web.method.support.HandlerMethodReturnValueHandler。
Spring Messaging 中对于参数和返回值的处理类之前也提到过,分别是org.springframework.messaging.handler.invocation.HandlerMethodArgumentResolver、org.springframework.messaging.handler.invocation.HandlerMethodReturnValueHandler。
它们的类名一模一样,甚至内部的方法名也一样。
总结
上图是 SCS 体系相关类说明的总结,关于 SCS 以及 RocketMQ Binder 更多相关的示例,可以参考 RocketMQ Binder Demos,包含了消息的聚合、分割、过滤;消息异常处理;消息标签、SQL 过滤;同步、异步消费等等。
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