RabbitMQ in Depth札记——AMQ协议

RPC传输

作为AMQP的实现，RabbitMQ使用RPC(remote procedure call)模式进行远程会话。而不同于一般的RPC会话——客户端发出指令，服务端响应，但服务端不会向客户端发出指令；在AMQP规范中，服务端与客户端皆会发出指令。
对于AMQP，客户端首先发送protocol header至服务端。不过其并不能被当作一条请求指令，RabbitMQ的第一条指令是响应该信息的Connection.Start指令。其后客户端通过Connection.StartOK回应此RPC请求。

为了建立客户端与服务端的AMQP连接(connection)，需要一连串的三次同步RPC请求，才能开始(start)，调整(tune)，打开(open)一条连接。一旦此过程完成，RabbitMQ便为应用程序即将发出的请求作好准备了。
AMQP规范里定义了信道(channel)的概念用于通信。信道使用AMQP连接作为通信的媒介，而其本身有着隔离会话的功能。一个AMQP连接可以包含多个信道，允许客户端与服务端之间的多个会话同时发生，从技术上讲，这被称作复用，它对于处理多个任务的多线程或异步应用十分有用。

AMQP的PRC帧结构

当指令发送至RabbitMQ及由其发出时，所需的参数皆被封装为“帧”(frame)的数据结构——你可以将其想象成火车的运货车厢。AMQP的帧由五个部分组成：

1. 帧的类型
2. 信道编号
3. 帧的大小
4. 帧的载荷(payload)
5. 结束字节标志(ASCII值206)

AMQP规范定义了五种帧类型：协议header帧，方法帧，内容header帧，body帧以及心跳帧。每一种帧类型都有其特定功能。

• 协议header帧仅在连接RabbitMQ时使用一次。
• 方法帧在发送至RabbitMQ或由其发送的请求或应答中使用。
• 内容header帧包含消息的大小与属性。
• body帧包含消息的内容。
• 心跳帧用于检查确认连接双方是否可用且工作正常。

当向RabbitMQ发送一条消息，方法帧，header帧与body帧会被用到。首先被发送的是方法帧，其携带指令及所需的参数。之后的内容header帧包含消息属性及body大小。AMQP会有最大帧大小的限制(默认为131KB)，如果消息的body超过这个大小，内容会被分隔成多个body帧。这些帧始终以同样顺序发送：一个方法帧，内容header帧，和一或多个body帧。

如上图所示，当发送一条消息，方法帧内包含Basic.Publish指令，其后内容header帧包含着消息属性。这些属性被封装在AMQP规范的数据结构——Basic.Properties。最后消息的内容被整理成一定数量的body帧。
为了减小数据大小提高传输效率，方法帧与内容header帧内的数据都经过压缩。但body帧里的数据是未被压缩的，并且对于RabbitMQ而言这部分数据也是不会被检验的(相对于方法帧与内容header帧里的数据)。

AMQP协议的使用

在发送消息之前，至少需要完成三步配置，设置交换机(Exchange)及队列(Queue)，并将二者绑定(Binding)。
交换机通过Exchange.Declare指令创建。一旦RabbitMQ完成创建，一个Exchange.DeclareOK的方法帧会被发送以作为响应。若是有任何缘由导致创建指令失败，RabbitMQ会关闭相应的信道。

队列由Queue.Declare指令创建。同样地，若创建失败，相应信道会被关闭。

当交换机与队列都完成创建后，通过Queue.Bind指令，可以绑定一个队列至一个交换机。

RabbitMQ接收一条消息时，会从方法帧开始检测。Basic.Publish方法帧会包含交换机名称，路由键值等关键信息。当RabbitMQ评估这些数据时，会尝试用交换机名称与所配置的交换机相匹配。当找到合适的交换机，它会再评估其中的绑定关系，通过路由键值以找到正确的队列。如果能找到符合条件的队列，RabbitMQ服务器会以先进先出(FIFO)的顺序对消息进行排列。加入队列的并非实际的消息数据，而是其引用。这样做可以大幅提升性能，尤其当消息需要发布到多个队列时。只有所有队列中所引用的消息皆被投递或移除，实际的消息数据才会被RabbitMQ从内存中移除。

在消费(consume)消息时，需要注意Basic.Consume指令中no_ack参数的设置。如果no_ack标置设为true时，RabbitMQ将会持续发送消息，除非消费侧发送Basic.Cancel指令或者消费侧断开连接；若设置为false时，消费侧必须在每次接收到消息时发送Basic.Ack请求。这种情形下，消费侧必须在Basic.Deliver方法帧中携带delivery tag参数。RabbitMQ使用这个投递标签与信道一并作为通信的唯一标识，以用于消息应答，拒绝及否定应答。