手把手教姐姐写消息队列(golang-channel实现)

前言

这周姐姐入职了新公司,老板想探探他的底,看了一眼他的简历,呦呵,精通kafka,这小姑娘有两下子,既然这样,那你写一个消息队列吧。因为要用go语言写,这可给姐姐愁坏了。赶紧来求助我,我这么坚贞不屈一人,在姐姐的软磨硬泡下还是答应他了,所以接下来我就手把手教姐姐怎么写一个消息队列。下面我们就来看一看我是怎么写的吧~~~。

本代码已上传到我的github:

有需要的小伙伴,可自行下载,顺便给个小星星吧~~~

什么是消息队列

姐姐真是把我愁坏了,自己写的精通kafka,竟然不知道什么是消息队列,于是,一向好脾气的我开始给姐姐讲一讲什么是消息队列。

消息队列,我们一般称它为MQ(Message Queue),两个单词的结合,这两个英文单词想必大家都应该知道吧,其实最熟悉的还是Queue吧,即队列。队列是一种先进先出的数据结构,队列的使用还是比较普遍的,但是已经有队列了,怎么还需要MQ呢?

我:问你呢,姐姐,知道吗?为什么还需要 MQ

姐姐:快点讲,想挨打呀?

我:噗。。。 算我多嘴,哼~~~

欠欠的我开始了接下来的耐心讲解......

举一个简单的例子,假设现在我们要做一个系统,该登陆系统需要在用户登陆成功后,发送封邮件到用户邮箱进行提醒,需求还是很简单的,我们先开看一看没有MQ,我们该怎么实现呢?画一个时序图来看一看:

手把手教姐姐写消息队列(golang-channel实现)_第1张图片

看这个图,邮件发送在请求登陆时进行,当密码验证成功后,就发送邮件,然后返回登陆成功。这样是可以的,但是他是有缺陷的。这让我们的登陆操作变得复杂了,每次请求登陆都需要进行邮件发送,如果这里出现错误,整个登陆请求也出现了错误,导致登陆不成功;还有一个问题,本来我们登陆请求调用接口仅仅需要100ms,因为中间要做一次发送邮件的等待,那么调用一次登陆接口的时间就要增长,这就是问题所在,一封邮件他的优先级 不是很高的,用户也不需要实时收到这封邮件,所以这时,就体现了消息队列的重要性了,我们用消息队列进行改进一下。

手把手教姐姐写消息队列(golang-channel实现)_第2张图片

这里我们将发送邮件请求放到Mq中,这样我们就能提高用户体验的吞吐量,这个很重要,顾客就是上帝嘛,毕竟也没有人喜欢用一个很慢很慢的app。

这里只是举了MQ众多应用中的其中一个,即异步应用,MQ还在系统解藕、削峰/限流中有着重要应用,这两个我就不具体讲解了,原理都一样,好好思考一下,你们都能懂得。

channel

好啦,姐姐终于知道什么是消息队列了,但是现在还是没法进行消息队列开发的,因为还差一个知识点,即go语言中的channel。这个很重要,我们还需要靠这个来开发我们的消息队列呢。

因篇幅有限,这里不详细介绍channel,只介绍基本使用方法。

什么是channel

Goroutine 和 Channel 是 Go 语言并发编程的两大基石。Goroutine 用于执行并发任务,Channel 用于 goroutine 之间的同步、通信。Go提倡使用通信的方法代替共享内存,当一个Goroutine需要和其他Goroutine资源共享时,Channel就会在他们之间架起一座桥梁,并提供确保安全同步的机制。channel本质上其实还是一个队列,遵循FIFO原则。具体规则如下:

  • 先从 Channel 读取数据的 Goroutine 会先接收到数据;
  • 先向 Channel 发送数据的 Goroutine 会得到先发送数据的权利;

创建通道

创建通道需要用到关键字 make ,格式如下:

通道实例 := make(chan 数据类型)
  • 数据类型:通道内传输的元素类型。
  • 通道实例:通过make创建的通道句柄。

无缓冲通道的使用

Go语言中无缓冲的通道(unbuffered channel)是指在接收前没有能力保存任何值的通道。这种类型的通道要求发送 goroutine 和接收 goroutine 同时准备好,才能完成发送和接收操作。

无缓冲通道的定义方式如下:

通道实例 := make(chan 通道类型)
  • 通道类型:和无缓冲通道用法一致,影响通道发送和接收的数据类型。
  • 缓冲大小:0
  • 通道实例:被创建出的通道实例。

写个例子来帮助大家理解一下吧:

package main
import (
    "sync"
    "time"
)
func main() {
    c := make(chan string)
    var wg sync.WaitGroup
    wg.Add(2)
    go func() {
        defer wg.Done()
        c <- `Golang梦工厂`
    }()
    go func() {
        defer wg.Done()
        time.Sleep(time.Second * 1)
        println(`Message: `+ <-c)
    }()
    wg.Wait()
}

带缓冲的通道的使用

Go语言中有缓冲的通道(buffered channel)是一种在被接收前能存储一个或者多个值的通道。这种类型的通道并不强制要求 goroutine 之间必须同时完成发送和接收。通道会阻塞发送和接收动作的条件也会不同。只有在通道中没有要接收的值时,接收动作才会阻塞。只有在通道没有可用缓冲区容纳被发送的值时,发送动作才会阻塞。

有缓冲通道的定义方式如下:

通道实例 := make(chan 通道类型, 缓冲大小)
  • 通道类型:和无缓冲通道用法一致,影响通道发送和接收的数据类型。
  • 缓冲大小:决定通道最多可以保存的元素数量。
  • 通道实例:被创建出的通道实例。

来写一个例子讲解一下:

package main
import (
    "sync"
    "time"
)
func main() {
    c := make(chan string, 2)
    var wg sync.WaitGroup
    wg.Add(2)
    go func() {
        defer wg.Done()
        c <- `Golang梦工厂`
        c <- `asong`
    }()
    go func() {
        defer wg.Done()
        time.Sleep(time.Second * 1)
        println(`公众号: `+ <-c)
        println(`作者: `+ <-c)
    }()
    wg.Wait()
}

好啦,通道的概念就介绍到这里了,如果需要,下一篇我出一个channel详细讲解的文章。

消息队列编码实现

准备篇

终于开始进入主题了,姐姐都听的快要睡着了,我轰隆一嗓子,立马精神,但是呢,asong也是挨了一顿小电炮,代价惨痛呀,呜呜呜............

在开始编写代码编写直接,我需要构思我们的整个代码架构,这才是正确的编码方式。我们先来定义一个接口,把我们需要实现的方法先列出来,后期对每一个代码进行实现就可以了。因此可以列出如下方法:

type Broker interface {
 publish(topic string, msg interface{}) error
 subscribe(topic string) (<-chan interface{}, error)
 unsubscribe(topic string, sub <-chan interface{}) error
 close()
 broadcast(msg interface{}, subscribers []chan interface{})
 setConditions(capacity int)
}
  • publish:进行消息的推送,有两个参数即topicmsg,分别是订阅的主题、要传递的消息
  • subscribe:消息的订阅,传入订阅的主题,即可完成订阅,并返回对应的channel通道用来接收数据
  • unsubscribe:取消订阅,传入订阅的主题和对应的通道
  • close:这个的作用就是很明显了,就是用来关闭消息队列的
  • broadCast:这个属于内部方法,作用是进行广播,对推送的消息进行广播,保证每一个订阅者都可以收到
  • setConditions:这里是用来设置条件,条件就是消息队列的容量,这样我们就可以控制消息队列的大小了

细心的你们有没有发现什么问题,这些代码我都定义的是内部方法,也就是包外不可用。为什么这么做呢,因为这里属于代理要做的事情,我们还需要在封装一层,也就是客户端能直接调用的方法,这样才符合软件架构。因此可以写出如下代码:

package mq
type Client struct {
 bro *BrokerImpl
}
func NewClient() *Client {
 return &Client{
  bro: NewBroker(),
 }
}
func (c *Client)SetConditions(capacity int)  {
 c.bro.setConditions(capacity)
}
func (c *Client)Publish(topic string, msg interface{}) error{
 return c.bro.publish(topic,msg)
}
func (c *Client)Subscribe(topic string) (<-chan interface{}, error){
 return c.bro.subscribe(topic)
}
func (c *Client)Unsubscribe(topic string, sub <-chan interface{}) error {
 return c.bro.unsubscribe(topic,sub)
}
func (c *Client)Close()  {
  c.bro.close()
}
func (c *Client)GetPayLoad(sub <-chan interface{})  interface{}{
 for val:= range sub{
  if val != nil{
   return val
  }
 }
 return nil
}

上面只是准好了代码结构,但是消息队列实现的结构我们还没有设计,现在我们就来设计一下。

type BrokerImpl struct {
 exit chan bool
 capacity int
 topics map[string][]chan interface{} // key: topic  value : queue
 sync.RWMutex // 同步锁
}
  • exit:也是一个通道,这个用来做关闭消息队列用的
  • capacity:即用来设置消息队列的容量
  • topics:这里使用一个map结构,key即是topic,其值则是一个切片,chan类型,这里这么做的原因是我们一个topic可以有多个订阅者,所以一个订阅者对应着一个通道
  • sync.RWMutex:读写锁,这里是为了防止并发情况下,数据的推送出现错误,所以采用加锁的方式进行保证

好啦,现在我们已经准备的很充分啦,开始接下来方法填充之旅吧~~~

Publishbroadcast

这里两个合在一起讲的原因是braodcast是属于publish里的。这里的思路很简单,我们只需要把传入的数据进行广播即可了,下面我们来看代码实现:

func (b *BrokerImpl) publish(topic string, pub interface{}) error {
 select {
 case <-b.exit:
  return errors.New("broker closed")
 default:
 }
 b.RLock()
 subscribers, ok := b.topics[topic]
 b.RUnlock()
 if !ok {
  return nil
 }
 b.broadcast(pub, subscribers)
 return nil
}
func (b *BrokerImpl) broadcast(msg interface{}, subscribers []chan interface{}) {
 count := len(subscribers)
 concurrency := 1
 switch {
 case count > 1000:
  concurrency = 3
 case count > 100:
  concurrency = 2
 default:
  concurrency = 1
 }
 pub := func(start int) {
  for j := start; j < count; j += concurrency {
   select {
   case subscribers[j] <- msg:
   case <-time.After(time.Millisecond * 5):
   case <-b.exit:
    return
   }
  }
 }
 for i := 0; i < concurrency; i++ {
  go pub(i)
 }
}

publish方法中没有什么好讲的,这里主要说一下broadcast的实现:

这里主要对数据进行广播,所以数据推送出去就可以了,没必要一直等着他推送成功,所以这里我们我们采用goroutine。在推送的时候,当推送失败时,我们也不能一直等待呀,所以这里我们加了一个超时机制,超过5毫秒就停止推送,接着进行下面的推送。

可能你们会有疑惑,上面怎么还有一个switch选项呀,干什么用的呢?考虑这样一个问题,当有大量的订阅者时,,比如10000个,我们一个for循环去做消息的推送,那推送一次就会耗费很多时间,并且不同的消费者之间也会产生延时,,所以采用这种方法进行分解可以降低一定的时间。

subscribeunsubScribe

我们先来看代码:

func (b *BrokerImpl) subscribe(topic string) (<-chan interface{}, error) {
 select {
 case <-b.exit:
  return nil, errors.New("broker closed")
 default:
 }
 ch := make(chan interface{}, b.capacity)
 b.Lock()
 b.topics[topic] = append(b.topics[topic], ch)
 b.Unlock()
 return ch, nil
}
func (b *BrokerImpl) unsubscribe(topic string, sub <-chan interface{}) error {
 select {
 case <-b.exit:
  return errors.New("broker closed")
 default:
 }
 b.RLock()
 subscribers, ok := b.topics[topic]
 b.RUnlock()
 if !ok {
  return nil
 }
 // delete subscriber
 var newSubs []chan interface{}
 for _, subscriber := range subscribers {
  if subscriber == sub {
   continue
  }
  newSubs = append(newSubs, subscriber)
 }
 b.Lock()
 b.topics[topic] = newSubs
 b.Unlock()
 return nil
}

这里其实就很简单了:

  • subscribe:这里的实现则是为订阅的主题创建一个channel,然后将订阅者加入到对应的topic中就可以了,并且返回一个接收channel
  • unsubScribe:这里实现的思路就是将我们刚才添加的channel删除就可以了。

close

func (b *BrokerImpl) close()  {
 select {
 case <-b.exit:
  return
 default:
  close(b.exit)
  b.Lock()
  b.topics = make(map[string][]chan interface{})
  b.Unlock()
 }
 return
}

这里就是为了关闭整个消息队列,这句代码b.topics = make(map[string][]chan interface{})比较重要,这里主要是为了保证下一次使用该消息队列不发生冲突。

setConditions GetPayLoad

还差最后两个方法,一个是设置我们的消息队列容量,另一个是封装一个方法来获取我们订阅的消息:

func (b *BrokerImpl)setConditions(capacity int)  {
 b.capacity = capacity
}
func (c *Client)GetPayLoad(sub <-chan interface{})  interface{}{
 for val:= range sub{
  if val != nil{
   return val
  }
 }
 return nil
}

测试

好啦,代码这么快就被写完了,接下来我们进行测试一下吧。

单元测试

正式测试之前,我们还是需要先进行一下单元测试,养成好的习惯,只有先自测了,才能有底气说我的代码没问题,要不直接跑程序,会出现很多bug的。

这里我们测试方法如下:我们向不同的topic发送不同的信息,当订阅者收到消息后,就行取消订阅。

func TestClient(t *testing.T) {
 b := NewClient()
 b.SetConditions(100)
 var wg sync.WaitGroup
 for i := 0; i < 100; i++ {
  topic := fmt.Sprintf("Golang梦工厂%d", i)
  payload := fmt.Sprintf("asong%d", i)
  ch, err := b.Subscribe(topic)
  if err != nil {
   t.Fatal(err)
  }
  wg.Add(1)
  go func() {
   e := b.GetPayLoad(ch)
   if e != payload {
    t.Fatalf("%s expected %s but get %s", topic, payload, e)
   }
   if err := b.Unsubscribe(topic, ch); err != nil {
    t.Fatal(err)
   }
   wg.Done()
  }()
  if err := b.Publish(topic, payload); err != nil {
   t.Fatal(err)
  }
 }
 wg.Wait()
}

测试通过,没问题,接下来我们在写几个方法测试一下

测试

这里分为两种方式测试

测试一:使用一个定时器,向一个主题定时推送消息.

// 一个topic 测试
func OnceTopic()  {
 m := mq.NewClient()
 m.SetConditions(10)
 ch,err :=m.Subscribe(topic)
 if err != nil{
  fmt.Println("subscribe failed")
  return
 }
 go OncePub(m)
 OnceSub(ch,m)
 defer m.Close()
}
// 定时推送
func OncePub(c *mq.Client)  {
 t := time.NewTicker(10 * time.Second)
 defer t.Stop()
 for  {
  select {
  case <- t.C:
   err := c.Publish(topic,"asong真帅")
   if err != nil{
    fmt.Println("pub message failed")
   }
  default:
  }
 }
}
// 接受订阅消息
func OnceSub(m <-chan interface{},c *mq.Client)  {
 for  {
  val := c.GetPayLoad(m)
  fmt.Printf("get message is %sn",val)
 }
}

测试二:使用一个定时器,定时向多个主题发送消息:

//多个topic测试
func ManyTopic()  {
 m := mq.NewClient()
 defer m.Close()
 m.SetConditions(10)
 top := ""
 for i:=0;i<10;i++{
  top = fmt.Sprintf("Golang梦工厂_%02d",i)
  go Sub(m,top)
 }
 ManyPub(m)
}
func ManyPub(c *mq.Client)  {
 t := time.NewTicker(10 * time.Second)
 defer t.Stop()
 for  {
  select {
  case <- t.C:
   for i:= 0;i<10;i++{
    //多个topic 推送不同的消息
    top := fmt.Sprintf("Golang梦工厂_%02d",i)
    payload := fmt.Sprintf("asong真帅_%02d",i)
    err := c.Publish(top,payload)
    if err != nil{
     fmt.Println("pub message failed")
    }
   }
  default:
  }
 }
}
func Sub(c *mq.Client,top string)  {
 ch,err := c.Subscribe(top)
 if err != nil{
  fmt.Printf("sub top:%s failedn",top)
 }
 for  {
  val := c.GetPayLoad(ch)
  if val != nil{
   fmt.Printf("%s get message is %sn",top,val)
  }
 }
}

总结

终于帮助姐姐解决了这个问题,姐姐开心死了,给我一顿亲,啊不对,是一顿夸,夸的人家都不好意思了。

这一篇你学会了吗?没学会不要紧,赶快去把源代码下载下来,好好通读一下,很好理解的~~~。

其实这一篇是为了接下来的kafka学习打基础的,学好了这一篇,接下来学习的kafka就会容易很多啦~~~

github地址: https://github.com/asong2020/...

如果能给一个小星星就好了~~~

结尾给大家发一个小福利吧,最近我在看[微服务架构设计模式]这一本书,讲的很好,自己也收集了一本PDF,有需要的小伙可以到自行下载。获取方式:关注公众号:[Golang梦工厂],后台回复:[微服务],即可获取。

我翻译了一份GIN中文文档,会定期进行维护,有需要的小伙伴后台回复[gin]即可下载。

我是asong,一名普普通通的程序猿,让我一起慢慢变强吧。我自己建了一个golang交流群,有需要的小伙伴加我vx,我拉你入群。欢迎各位的关注,我们下期见~~~

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