MQTT研究之EMQ：【EMQX使用中的一些问题记录（1）】

issue 1. EMQX的共享订阅

EMQX是一个非常强大的物联网通信消息总线，基于EMQX开展应用开发，要注意很多配置细节问题，这里要说到的就是共享订阅以及和cleanSession之间的关系问题。共享订阅在EMQ的里程牌中出现的较早，V2的时候就已经提供了，只是那个时候只支持单节点的共享订阅，在V3的时候才支持集群的共享订阅。

共享订阅功能非常实用，解决了消费者应用程序的负载均衡问题，或者说高可用问题。否则，负载均衡或者高可用问题，需要借助于全局锁进行消息消费过程中的只消费一次的问题。这个实现起来，相对比较的麻烦，主要是稳定性和并发支持上要花很多精力调优。现在EMQX已经做了这个，已共享订阅的方式为应用程序的开发提供了便利。

共享订阅支持两种方式：

订阅前缀            　　使用示例
$queue/                mosquitto_sub -t ‘$queue/topic’
$share/<group>/        mosquitto_sub -t ‘$share/group/topic’

目前，我们的物联网平台中采用的是$share/<group>这种方式，主要有$share/dcX/yourTopic，和$share/resX/yourTopic这两种应用场景。

使用共享订阅，需要注意这里会遇到的潜在风险，和cleanSession的配置相关（cleanSession干什么用，自行查阅研究），这里我就拿我们项目上遇到的故事，分享一下：

• 我们的应用程序res部署了2个应用实例，emqx集群也是2个节点，其实这里和emqx集群节点数没有关系（理论分析）。res应用程序里面，cleanSession设置的是false，也就是说应用程序和EMQX的mqtt连接断掉后，emqx服务端还会保留session一个配置指定的时间。我们使用的emqx是V3.1.1，默认的session有效期是2h。共享订阅的策略是默认的random。res应用程序里面的消费者clientId是uuid随机生成的，每次运行都不一样，一旦程序启动后，ClientID就固定下来。
• 我们的测试动作是这么干的，正常启动两个res服务a和b，一切正常，共享订阅消息没有问题。测试中途，将其中一个res应用a停机了，在b上继续验证业务逻辑，发现在b上一会收的到消息，一会又收不到消息，同样的订阅逻辑，为何停掉了一个应用，就会出现这种现象？
• 上述现象发现后，大概半小时的分析，无果。然后，将停掉的res应用a再次启动，发现，还是会出现a，b，上同样有可能都收不到消息，订阅逻辑没有问题啊，怎么还是解决不了问题？
• 开始怀疑res应用程序订阅逻辑写的不对，将多个topic逐个订阅改成数组的模式一次订阅，继续部署继续测试，发现订阅不到消息的情况更明显了，这咋解释啊？

其实，当知道是res应用程序反复启停，在res上订阅不到消息的现象越发明显。这个线索非常有价值，这就提醒了问题所在了！其实就是因为cleanSession为false的情况下因为ClientID在每次启停res的时候以一个新的身份进行共享订阅了，对于EMQX来说，相当于共享订阅者变多了，每次启停，就产生了一个虚拟的共享订阅者，若我们不注意，其实是看不到的，因为我们只是关注了实际的两个res应用a和b。若你细心一点，你可以在emqx的dashboard上能够看到不止2个订阅者。(参看下面几个图)

图1：正常订阅（正常的两个共享订阅者）

图2：将res a应用移除（相当于在一段时间内，EMQX认为有2个共享订阅者，session为超期）

图3 将res a移除后，又加入进来共享订阅（相当于在一段时间内，EMQX认为有3个共享订阅者，session为超期）

图4 将res a移除后，加入进来，然后又移除，然后又加进来（相当于在一段时间内，EMQX认为有4个共享订阅者，session为超期）

解决这个问题，其实有两个方向：
1. ClientID不能变化，每次res启停都是相同的，不管什么时候，一个res应用，对应的ClientID要恒定不变。可以基于app_ip+app_port+emqx_ip这种类似思路，进行锁定ClientID。这样EMQX这边就不会出现虚拟的消费者连接。
2. 将cleanSession配置为true，每次mqtt连接断掉后，EMQX端就不要继续保持对应连接的session，EMQX这里就会立即踢掉断线的session，不会出现潜在的接收消息的订阅者，此种情况下，及时ClientID每次不一样，也不会出现虚拟消费者。

issue 2. ACL校验

EMQX对于接入的连接，不论是想订阅和消费，首先要经过权限校验，符合ACL规则的，才允许进行后续的数据流转。但是，EMQ基于插件的方式实现auth功能，这里，我们采用的是基于mysql实现认证和acl。其实身份认证还不是多大的问题，主要是acl比较消耗mysql的性能。尤其是在连接数比较多的时候。

• 我们的压测环境下，mysql是单点库，机器配置4C24G500G。 EMQX节点2个，在连接数1W以上，每个连接每秒2个消息的情况下，mysql数据库开始出现CPU占用比较高的现象，CPU 60%的消耗。
• 当时ACL表中的记录数并不是太多，才10多万，通过show full processlist查看SQL信息，发现很多都是EMQX的emqx_auth_mysql.conf文件里面的acl_query的语句。说明这个查询比较频繁，且占用时间有点长。觉得这个不应该吧，并发不是很高啊。。。
• emqx的ACL cache配置ttl是默认的1分钟，最大缓存数量cache size是默认的32.

• emqx_auth_mysql.conf中的查询语句：auth.mysql.acl_query = select allow, ipaddr, username, clientid, access, topic from mqtt_acl where ipaddr = '%a' or username = '%u' or username = '$all' or clientid = '%c'。 检查了下这个SQL的执行计划，得到下面的结果：

  mysql> explain select allow, ipaddr, username, clientid, access, topic from scc_mqtt_acl_1 where ipaddr = '%a' or username = '%u' or username = '$all' or clientid = '%c';
  +----+-------------+----------------+------------+------+---------------------------------------+------+---------+------+--------+----------+-------------+
  | id | select_type | table | partitions | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | filtered | Extra |
  +----+-------------+----------------+------------+------+---------------------------------------+------+---------+------+--------+----------+-------------+
  |  | SIMPLE | scc_mqtt_acl_1 | NULL | ALL | doubleIndex,USERNAME_IDX,CLIENTID_IDX | NULL | NULL | NULL |  | 34.39 | Using where |
  +----+-------------+----------------+------------+------+---------------------------------------+------+---------+------+--------+----------+-------------+
   row in set,  warning (0.00 sec)

  可以看到，这里是没有用到索引的。即，在设备数据量很大的时候，这里是存在隐患的，即查询会全表扫描。说明emqx默认的关于ACL的查询需要结合应用场景进行优化。

• 分析了我们的应用场景，每个设备接入都有自己的用户名和密码，ipaddr是变化的，也就是说不好进行监控管理，就不做强制要求，所以可以忽略不管，ClientID，这个对于应用来说，也是基于一定规则进行的，不会出现重复的信息，所以，我们也没有做强制要求， 在ACL配置的时候，主要是基于username和ClientID进行标识记录的，username是必须要有的，ClientID不是必须的，所以，我们的ACL查询语句就优化了下，将原来默认的查询where中的几个or改了，只是一个username了。如下：

  auth.mysql.acl_query = select allow, ipaddr, username, clientid, access, topic from scc_mqtt_acl_1 where username = '%u'
  给数据表的username创建一个normal的索引，此时的执行计划如下：

  mysql> explain select allow, ipaddr, username, clientid, access, topic from scc_mqtt_acl_1 where username = '%u';
  +----+-------------+----------------+------------+------+---------------+--------------+---------+-------+------+----------+-------+
  | id | select_type | table | partitions | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | filtered | Extra |
  +----+-------------+----------------+------------+------+---------------+--------------+---------+-------+------+----------+-------+
  | 1 | SIMPLE | scc_mqtt_acl_1 | NULL | ref | USERNAME_IDX | USERNAME_IDX | 403 | const | 1 | 100.00 | NULL |
  +----+-------------+----------------+------------+------+---------------+--------------+---------+-------+------+----------+-------+
  1 row in set, 1 warning (0.04 sec)

  可以看到，索引生效了，取代默认配置or语句，用上索引。

issue 3. emqx稳定性问题

我们的压测目标，就是在两个EMQX节点集群环境（4C16G100G）下，能够支持至少10000的TPS（每秒10000条消息被消费），目标20000个连接。 下面的几种case中，消费者程序是一样的。生成消息的机制有点变化，但是消息报文大小是一样的。

case 1.

在用V3.0.1的时候，进行压测，并发20000TPS，100连接。出现下面的错误信息，提示消息处理不过来，EMQX将消费者进行剔除。

-- ::38.916 [error] 39346787c9bc4afd990a16a2700995fd@10.95.198.25: [Channel] Shutdown exceptionally due to message_queue_too_long
-- ::49.827 [warning] [SYSMON] large_heap warning: pid = <0.5103.>, info: [{old_heap_block_size,},
{heap_block_size,},
{mbuf_size,},
{stack_size,},
{old_heap_size,},
{heap_size,}]
[{initial_call,{proc_lib,init_p,}},
{current_function,{lists,foldl,}},
{registered_name,[]},
{status,running},
{message_queue_len,},
{group_leader,<0.2133.>},
{priority,normal},
{trap_exit,true},
{reductions,},
{last_calls,false},
{catchlevel,},
{trace,},
{suspending,[]},
{sequential_trace_token,[]},
{error_handler,error_handler},
{memory,},
{total_heap_size,},
{heap_size,},
{stack_size,},
{min_heap_size,}]
-- ::50.300 [error] 9001547605ec46648b3c485103233946@10.95.198.26: [Channel] Shutdown exceptionally due to message_queue_too_long
-- ::57.398 [error] b34a92025fbc4c89bbe54ca22e74199f@10.95.198.25: [Channel] Shutdown exceptionally due to message_queue_too_long
-- ::57.922 [error] a74b0c24136b4c5899dc866fe57d9173@10.95.198.25: [Channel] Shutdown exceptionally due to message_queue_too_long
-- ::05.640 [error] 4f930fb242734f9ba22ce57c753c482b@10.95.198.26: [Channel] Shutdown exceptionally due to message_queue_too_long
-- ::30.424 [error] 39346787c9bc4afd990a16a2700995fd@10.95.198.25: [Channel] Shutdown exceptionally due to message_queue_too_long
-- ::32.180 [error] a74b0c24136b4c5899dc866fe57d9173@10.95.198.25: [Channel] Shutdown exceptionally due to message_queue_too_long
-- ::32.376 [error] b34a92025fbc4c89bbe54ca22e74199f@10.95.198.25: [Channel] Shutdown exceptionally due to message_queue_too_long
-- ::51.497 [error] 9001547605ec46648b3c485103233946@10.95.198.26: [Channel] Shutdown exceptionally due to message_queue_too_long

这个问题，在V3.0.1下测试很久，逐渐降低并发，降到13000左右才算稳定。但是这个过程中，遇到CPU消耗不稳定的现象，解决CPU在两个EMQX之间很不平衡，以及调整共享订阅的Strategy从random到round_robin启动失败，将版本调整到了V3.1.1

case 2.

在用V3.1.1的时候，同样进行压测，并发低些，但是要求连接数提升，至少过万，但是模拟的设备数量不到6000就出现问题。

-- ::15.479 [error] 10.95.198.31: ** State machine <0.14661.> terminating
** Last event = {timeout,}
** When server state  = {idle,
                            {state,esockd_transport,#Port<0.418835>,
                                {{,,,},},
                                undefined,running,,
                                {pstate,external,
                                    #Fun<emqx_connection.0.73284863>,
                                    {{,,,},},
                                    nossl,,<<"MQTT">>,<<>>,false,
                                    <0.14661.>,undefined,undefined,
                                    undefined,undefined,false,#{},,
                                    undefined,undefined,undefined,false,true,
                                    true,false,ignore,
                                    #{msg => ,pkt => },
                                    #{msg => ,pkt => },
                                    false,undefined,false,
                                    #{from_client => ,to_client => },
                                    emqx_connection,#{},undefined},
                                {none,
                                    #{max_packet_size => ,
                                      version => }},
                                {emqx_gc,
                                    #{cnt => {,},
                                      oct => {,}}},
                                undefined,true,undefined,undefined,undefined,
                                undefined,}}
** Reason for termination = exit:idle_timeout
** Callback mode = [state_functions,state_enter]
** Stacktrace =
**  [{gen_statem,loop_event_result,,[{file,"gen_statem.erl"},{line,}]},
     {proc_lib,init_p_do_apply,,[{file,"proc_lib.erl"},{line,}]}]

这个问题，研究了很长时间，开始总以为是客户端程序写的有问题，改过几种版本的消息生产者程序，都是不成功，连接数上不来。后来查看EMQX在Github上的issue列表，发现有关于idle_timeout的merge request（https://github.com/emqx/emqx/pull/2675），我估计是不是知道内部有错误，做了修改。另外，关于这个问题，有人也提了issue，只是我觉得emqx的维护者并不是很nice的解答开发者的问题（https://github.com/emqx/emqx/issues/2686，这个issue的解答，我是觉得没有说清楚的）。于是，我将版本升级到了最新版本V3.2.3，再次测试这个连接数的问题，到目前为止，可以上升到13000的连接数，EMQX集群运行还算正常。

PS:

一个小小的经验，出现下面类似这样的警告，说明ClientID出现了重复，因为EMQX里面不允许出现重复的ClientID，若出现，将会阻断后接入的这个应用的接入。

-- ::52.083 [warning] 1_qemqeqseq68@10.95.198.31: [Channel] Discarded by 1_qemqeqseq68:<41446.2930.>
-- ::52.083 [warning] 1_qewf2p45b7k@10.95.198.31: [Channel] Discarded by 1_qewf2p45b7k:<41446.2733.>
-- ::52.083 [warning] 1_qem2iltm7eo@10.95.198.31: [Channel] Discarded by 1_qem2iltm7eo:<41446.32139.>
-- ::52.084 [warning] 1_qer8ey3os8w@10.95.198.31: [Channel] Discarded by 1_qer8ey3os8w:<41446.19217.>
-- ::52.087 [warning] 1_qeq2zud8kqo@10.95.198.31: [Channel] Discarded by 1_qeq2zud8kqo:<0.31128.>
-- ::52.088 [warning] 1_qeoe5lwdreo@10.95.198.31: [Channel] Discarded by 1_qeoe5lwdreo:<0.27662.>
-- ::52.088 [warning] 1_qeo1lfw2nls@10.95.198.31: [Channel] Discarded by 1_qeo1lfw2nls:<0.27702.>
-- ::52.091 [warning] 1_qex6mpfgnwg@10.95.198.31: [Channel] Discarded by 1_qex6mpfgnwg:<0.27882.>
-- ::52.091 [warning] 1_qemujku3vgg@10.95.198.31: [Channel] Discarded by 1_qemujku3vgg:<0.2020.>
-- ::52.091 [warning] 1_qemvx7mz3sw@10.95.198.31: [Channel] Discarded by 1_qemvx7mz3sw:<41446.3072.>

最后总结一下感受：

1. EMQX功能很强大，基本性能的确也非常不错，但是使用起来，尤其是想作为产品级别来使用，目前基于免费的版本，的确存在很多坑。

2. EMQX里面的确还有较多的不稳定问题存在，因为相关的资料的确太少，加上erlang语言，懂的不多，出现问题，调查起来非常的费劲，所以，还希望互联网用户能够积极分享经验。