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集成JMS

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JMS即Java Message Service,是JavaEE的消息服务接口。JMS主要有两个版本:1.1和2.0。2.0和1.1相比,主要是简化了收发消息的代码。

所谓消息服务,就是两个进程之间,通过消息服务器传递消息:

┌────────┐    ┌──────────────┐    ┌────────┐
│Producer│───>│Message Server│───>│Consumer│
└────────┘    └──────────────┘    └────────┘

使用消息服务,而不是直接调用对方的API,它的好处是:

  • 双方各自无需知晓对方的存在,消息可以异步处理,因为消息服务器会在Consumer离线的时候自动缓存消息;
  • 如果Producer发送的消息频率高于Consumer的处理能力,消息可以积压在消息服务器,不至于压垮Consumer;
  • 通过一个消息服务器,可以连接多个Producer和多个Consumer。

因为消息服务在各类应用程序中非常有用,所以JavaEE专门定义了JMS规范。注意到JMS是一组接口定义,如果我们要使用JMS,还需要选择一个具体的JMS产品。常用的JMS服务器有开源的ActiveMQ,商业服务器如WebLogic、WebSphere等也内置了JMS支持。这里我们选择开源的ActiveMQ作为JMS服务器,因此,在开发JMS之前我们必须首先安装ActiveMQ。

现在问题来了:从官网下载ActiveMQ时,蹦出一个页面,让我们选择ActiveMQ Classic或者ActiveMQ Artemis,这两个是什么关系,又有什么区别?

实际上ActiveMQ Classic原来就叫ActiveMQ,是Apache开发的基于JMS 1.1的消息服务器,目前稳定版本号是5.x,而ActiveMQ Artemis是由RedHat捐赠的HornetQ服务器代码的基础上开发的,目前稳定版本号是2.x。和ActiveMQ Classic相比,Artemis版的代码与Classic完全不同,并且,它支持JMS 2.0,使用基于Netty的异步IO,大大提升了性能。此外,Artemis不仅提供了JMS接口,它还提供了AMQP接口,STOMP接口和物联网使用的MQTT接口。选择Artemis,相当于一鱼四吃。

所以,我们这里直接选择ActiveMQ Artemis。从官网下载最新的2.x版本,解压后设置环境变量ARTEMIS_HOME,指向Artemis根目录,例如C:\Apps\artemis,然后,把ARTEMIS_HOME/bin加入PATH环境变量:

  • Windows下添加%ARTEMIS_HOME%\bin到Path路径;
  • Mac和Linux下添加$ARTEMIS_HOME/bin到PATH路径。

Artemis有个很好的设计,就是它把程序和数据完全分离了。我们解压后的ARTEMIS_HOME目录是程序目录,要启动一个Artemis服务,还需要创建一个数据目录。我们把数据目录直接设定在项目spring-integration-jmsjms-data目录下。执行命令artemis create jms-data

$ pwd
/Users/liaoxuefeng/workspace/spring-integration-jms

$ artemis create jms-data
Creating ActiveMQ Artemis instance at: /Users/liaoxuefeng/workspace/spring-integration-jms/jms-data

--user: is a mandatory property!
Please provide the default username:
admin

--password: is mandatory with this configuration:
Please provide the default password:
********

--allow-anonymous | --require-login: is a mandatory property!
Allow anonymous access?, valid values are Y,N,True,False
N

Auto tuning journal ...
done! Your system can make 0.09 writes per millisecond, your journal-buffer-timeout will be 11392000

You can now start the broker by executing:  

   "/Users/liaoxuefeng/workspace/spring-integration-jms/jms-data/bin/artemis" run

Or you can run the broker in the background using:

   "/Users/liaoxuefeng/workspace/spring-integration-jms/jms-data/bin/artemis-service" start

在创建过程中,会要求输入连接用户和口令,这里我们设定adminpassword,以及是否允许匿名访问(这里选择N)。

此数据目录jms-data不仅包含消息数据、日志,还自动创建了两个启动服务的命令bin/artemisbin/artemis-service,前者在前台启动运行,按Ctrl+C结束,后者会一直在后台运行。

我们把目录切换到jms-data/bin,直接运行artemis run即可启动Artemis服务:

$ ./artemis run
     _        _               _
    / \  ____| |_  ___ __  __(_) _____
   / _ \|  _ \ __|/ _ \  \/  | |/  __/
  / ___ \ | \/ |_/  __/ |\/| | |\___ \
 /_/   \_\|   \__\____|_|  |_|_|/___ /
 Apache ActiveMQ Artemis 2.13.0

...

2020-06-02 07:50:21,718 INFO  [org.apache.activemq.artemis] AMQ241001: HTTP Server started at http://localhost:8161
2020-06-02 07:50:21,718 INFO  [org.apache.activemq.artemis] AMQ241002: Artemis Jolokia REST API available at http://localhost:8161/console/jolokia
2020-06-02 07:50:21,719 INFO  [org.apache.activemq.artemis] AMQ241004: Artemis Console available at http://localhost:8161/console

启动成功后,Artemis提示可以通过URLhttp://localhost:8161/console访问管理后台。注意不要关闭命令行窗口

在编写JMS代码之前,我们首先得理解JMS的消息模型。JMS把生产消息的一方称为Producer,处理消息的一方称为Consumer。有两种类型的消息通道,一种是Queue:

┌────────┐    ┌────────┐    ┌────────┐
│Producer│───>│ Queue  │───>│Consumer│
└────────┘    └────────┘    └────────┘

一种是Topic:

                            ┌────────┐
                         ┌─>│Consumer│
                         │  └────────┘
┌────────┐    ┌────────┐ │  ┌────────┐
│Producer│───>│ Topic  │─┼─>│Consumer│
└────────┘    └────────┘ │  └────────┘
                         │  ┌────────┐
                         └─>│Consumer│
                            └────────┘

它们的区别在于,Queue是一种一对一的通道,如果Consumer离线无法处理消息时,Queue会把消息存起来,等Consumer再次连接的时候发给它。设定了持久化机制的Queue不会丢失消息。如果有多个Consumer接入同一个Queue,那么它们等效于以集群方式处理消息,例如,发送方发送的消息是A,B,C,D,E,F,两个Consumer可能分别收到A,C,E和B,D,F,即每个消息只会交给其中一个Consumer处理。

Topic则是一种一对多通道。一个Producer发出的消息,会被多个Consumer同时收到,即每个Consumer都会收到一份完整的消息流。那么问题来了:如果某个Consumer暂时离线,过一段时间后又上线了,那么在它离线期间产生的消息还能不能收到呢?

这取决于消息服务器对Topic类型消息的持久化机制。如果消息服务器不存储Topic消息,那么离线的Consumer会丢失部分离线时期的消息,如果消息服务器存储了Topic消息,那么离线的Consumer可以收到自上次离线时刻开始后产生的所有消息。JMS规范通过Consumer指定一个持久化订阅可以在上线后收取所有离线期间的消息,如果指定的是非持久化订阅,那么离线期间的消息会全部丢失。

细心的童鞋可以看出来,如果一个Topic的消息全部都持久化了,并且只有一个Consumer,那么它和Queue其实是一样的。实际上,很多消息服务器内部都只有Topic类型的消息架构,Queue可以通过Topic“模拟”出来。

无论是Queue还是Topic,对Producer没有什么要求。多个Producer也可以写入同一个Queue或者Topic,此时消息服务器内部会自动排序确保消息总是有序的。

以上是消息服务的基本模型。具体到某个消息服务器时,Producer和Consumer通常是通过TCP连接消息服务器,在编写JMS程序时,又会遇到ConnectionFactoryConnectionSession等概念,其实这和JDBC连接是类似的:

  • ConnectionFactory:代表一个到消息服务器的连接池,类似JDBC的DataSource;
  • Connection:代表一个到消息服务器的连接,类似JDBC的Connection;
  • Session:代表一个经过认证后的连接会话;
  • Message:代表一个消息对象。

在JMS 1.1中,发送消息的典型代码如下:

try {
    Connection connection = null;
    try {
        // 创建连接:
        connection = connectionFactory.createConnection();
        // 创建会话:
        Session session = connection.createSession(false,Session.AUTO_ACKNOWLEDGE);
        // 创建一个Producer并关联到某个Queue:
        MessageProducer messageProducer = session.createProducer(queue);
        // 创建一个文本消息:
        TextMessage textMessage = session.createTextMessage(text);
        // 发送消息:
        messageProducer.send(textMessage);
    } finally {
        // 关闭连接:
        if (connection != null) {
            connection.close();
        }
    }
} catch (JMSException ex) {
    // 处理JMS异常
}

JMS 2.0改进了一些API接口,发送消息变得更简单:

try (JMSContext context = connectionFactory.createContext()) {
    context.createProducer().send(queue, text);
}

JMSContext实现了AutoCloseable接口,可以使用try(resource)语法,代码更简单。

有了以上预备知识,我们就可以开始开发JMS应用了。

首先,我们在pom.xml中添加如下依赖:

  • org.springframework:spring-jms:5.2.0.RELEASE
  • javax.jms:javax.jms-api:2.0.1
  • org.apache.activemq:artemis-jms-client:2.13.0
  • io.netty:netty-handler-proxy:4.1.45.Final

在AppConfig中,通过@EnableJms让Spring自动扫描JMS相关的Bean,并加载JMS配置文件jms.properties

@Configuration
@ComponentScan
@EnableWebMvc
@EnableJms // 启用JMS
@EnableTransactionManagement
@PropertySource({ "classpath:/jdbc.properties", "classpath:/jms.properties" })
public class AppConfig {
    ...
}

首先要创建的Bean是ConnectionFactory,即连接消息服务器的连接池:

@Bean
ConnectionFactory createJMSConnectionFactory(
    @Value("${jms.uri:tcp://localhost:61616}") String uri,
    @Value("${jms.username:admin}") String username,
    @Value("${jms.password:password}") String password)
{
    return new ActiveMQJMSConnectionFactory(uri, username, password);
}

因为我们使用的消息服务器是ActiveMQ Artemis,所以ConnectionFactory的实现类就是消息服务器提供的ActiveMQJMSConnectionFactory,它需要的参数均由配置文件读取后传入,并设置了默认值。

我们再创建一个JmsTemplate,它是Spring提供的一个工具类,和JdbcTemplate类似,可以简化发送消息的代码:

@Bean
JmsTemplate createJmsTemplate(@Autowired ConnectionFactory connectionFactory) {
    return new JmsTemplate(connectionFactory);
}

下一步要创建的是JmsListenerContainerFactory

@Bean("jmsListenerContainerFactory")
DefaultJmsListenerContainerFactory createJmsListenerContainerFactory(@Autowired ConnectionFactory connectionFactory) {
    var factory = new DefaultJmsListenerContainerFactory();
    factory.setConnectionFactory(connectionFactory);
    return factory;
}

除了必须指定Bean的名称为jmsListenerContainerFactory外,这个Bean的作用是处理和Consumer相关的Bean。我们先跳过它的原理,继续编写MessagingService来发送消息:

@Component
public class MessagingService {
    @Autowired ObjectMapper objectMapper;
    @Autowired JmsTemplate jmsTemplate;

    public void sendMailMessage(MailMessage msg) throws Exception {
        String text = objectMapper.writeValueAsString(msg);
        jmsTemplate.send("jms/queue/mail", new MessageCreator() {
            public Message createMessage(Session session) throws JMSException {
                return session.createTextMessage(text);
            }
        });
    }
}

JMS的消息类型支持以下几种:

  • TextMessage:文本消息;
  • BytesMessage:二进制消息;
  • MapMessage:包含多个Key-Value对的消息;
  • ObjectMessage:直接序列化Java对象的消息;
  • StreamMessage:一个包含基本类型序列的消息。

最常用的是发送基于JSON的文本消息,上述代码通过JmsTemplate创建一个TextMessage并发送到名称为jms/queue/mail的Queue。

注意:Artemis消息服务器默认配置下会自动创建Queue,因此不必手动创建一个名为jms/queue/mail的Queue,但不是所有的消息服务器都会自动创建Queue,生产环境的消息服务器通常会关闭自动创建功能,需要手动创建Queue。

再注意到MailMessage是我们自己定义的一个JavaBean,真正的JMS消息是创建的TextMessage,它的内容是JSON。

当用户注册成功后,我们就调用MessagingService.sendMailMessage()发送一条JMS消息,此代码十分简单,这里不再贴出。

下面我们要详细讨论的是如何处理消息,即编写Consumer。从理论上讲,可以创建另一个Java进程来处理消息,但对于我们这个简单的Web程序来说没有必要,直接在同一个Web应用中接收并处理消息即可。

处理消息的核心代码是编写一个Bean,并在处理方法上标注@JmsListener

@Component
public class MailMessageListener {
    final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(getClass());

    @Autowired ObjectMapper objectMapper;
    @Autowired MailService mailService;

    @JmsListener(destination = "jms/queue/mail", concurrency = "10")
    public void onMailMessageReceived(Message message) throws Exception {
        logger.info("received message: " + message);
        if (message instanceof TextMessage) {
            String text = ((TextMessage) message).getText();
            MailMessage mm = objectMapper.readValue(text, MailMessage.class);
            mailService.sendRegistrationMail(mm);
        } else {
            logger.error("unable to process non-text message!");
        }
    }
}

注意到@JmsListener指定了Queue的名称,因此,凡是发到此Queue的消息都会被这个onMailMessageReceived()方法处理,方法参数是JMS的Message接口,我们通过强制转型为TextMessage并提取JSON,反序列化后获得自定义的JavaBean,也就获得了发送邮件所需的所有信息。

下面问题来了:Spring处理JMS消息的流程是什么?

如果我们直接调用JMS的API来处理消息,那么编写的代码大致如下:

// 创建JMS连接:
Connection connection = connectionFactory.createConnection();
// 创建会话:
Session session = connection.createSession(false, Session.AUTO_ACKNOWLEDGE);
// 创建一个Consumer:
MessageConsumer consumer = session.createConsumer(queue);
// 为Consumer指定一个消息处理器:
consumer.setMessageListener(new MessageListener() { 
    public void onMessage(Message message) {
        // 在此处理消息... 
    }
});
// 启动接收消息的循环:
connection.start();

我们自己编写的MailMessageListener.onMailMessageReceived()相当于消息处理器:

consumer.setMessageListener(new MessageListener() { 
    public void onMessage(Message message) {
        mailMessageListener.onMailMessageReceived(message); 
    }
});

所以,Spring根据AppConfig的注解@EnableJms自动扫描带有@JmsListener的Bean方法,并为其创建一个MessageListener把它包装起来。

注意到前面我们还创建了一个JmsListenerContainerFactory的Bean,它的作用就是为每个MessageListener创建MessageConsumer并启动消息接收循环。

再注意到@JmsListener还有一个concurrency参数,10表示可以最多同时并发处理10个消息,5-10表示并发处理的线程可以在5~10之间调整。

因此,Spring在通过MessageListener接收到消息后,并不是直接调用mailMessageListener.onMailMessageReceived(),而是用线程池调用,因此,要时刻牢记,onMailMessageReceived()方法可能被多线程并发执行,一定要保证线程安全。

我们总结一下Spring接收消息的步骤:

通过JmsListenerContainerFactory配合@EnableJms扫描所有@JmsListener方法,自动创建MessageConsumerMessageListener以及线程池,启动消息循环接收处理消息,最终由我们自己编写的@JmsListener方法处理消息,可能会由多线程同时并发处理。

要验证消息发送和处理,我们注册一个新用户,可以看到如下日志输出:

2020-06-02 08:04:27 INFO  c.i.learnjava.web.UserController - user registered: bob@example.com
2020-06-02 08:04:27 INFO  c.i.l.service.MailMessageListener - received message: ActiveMQMessage[ID:9fc5...]:PERSISTENT/ClientMessageImpl[messageID=983, durable=true, address=jms/queue/mail, ...]]
2020-06-02 08:04:27 INFO  c.i.learnjava.service.MailService - [send mail] sending registration mail to bob@example.com...
2020-06-02 08:04:30 INFO  c.i.learnjava.service.MailService - [send mail] registration mail was sent to bob@example.com.

可见,消息被成功发送到Artemis,然后在很短的时间内被接收处理了。

使用消息服务对发送Email进行改造的好处是,发送Email的能力通常是有限的,通过JMS消息服务,如果短时间内需要给大量用户发送Email,可以先把消息堆积在JMS服务器上慢慢发送,对于批量发送邮件、短信等尤其有用。

练习

使用JMS

小结

JMS是Java消息服务,可以通过JMS服务器实现消息的异步处理。

消息服务主要解决Producer和Consumer生产和处理速度不匹配的问题。


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