RocketMQ事务消息原理与使用详解

2023-02-13 12:02:06 事务原理详解

一、RocketMQ事务消息概要

RocketMQ事务消息（Transactional Message）是指应用本地事务和发送消息操作可以被定义到全局事务中，要么同时成功，要么同时失败。RocketMQ的事务消息提供类似 X/Open XA 的分布式事务功能，通过事务消息能达到分布式事务的最终一致。

Apache RocketMQ在4.3.0版中已经支持分布式事务消息，采用了2PC（两阶段提交）+ 补偿机制（事务状态回查）的思想来实现了提交事务消息，同时增加一个补偿逻辑来处理二阶段超时或者失败的消息，如下图所示。

我们可以看到，事务消息主要分为两个流程：

(1)、正常事务消息的发送及提交

a、生产者发送half消息到Broker服务端（半消息）；

半消息是一种特殊的消息类型，该状态的消息暂时不能被Consumer消费。当一条事务消息被成功投递到Broker上，但是Broker并没有接收到Producer发出的二次确认时，该事务消息就处于"暂时不可被消费"状态，该状态的事务消息被称为半消息。

b、Broker服务端将消息持久化之后，给生产者响应消息写入结果（ACK响应）；

c、生产者根据发送结果执行本地事务逻辑（如果写入失败，此时half消息对业务不可见，本地逻辑不执行）；

d、生产者根据本地事务执行结果向Broker服务端提交二次确认（Commit 或是 Rollback），Broker服务端收到 Commit 状态则将半事务消息标记为可投递，订阅方最终将收到该消息；Broker服务端收到 Rollback 状态则删除半事务消息，订阅方将不会接收该消息；

(2)、事务消息的补偿流程

a、在网络闪断或者是应用重启的情况下，可能导致生产者发送的二次确认消息未能到达Broker服务端，经过固定时间后，Broker服务端将会对没有Commit/Rollback的事务消息（pending状态的消息）进行“回查”；

b、生产者收到回查消息后，检查回查消息对应的本地事务执行的最终结果；

c、生产者根据本地事务状态，再次提交二次确认给Broker，然后Broker重新对半事务消息Commit或者Rollback；

其中，补偿阶段用于解决消息Commit或者Rollback发生超时或者失败的情况。

事务消息共有三种状态，提交状态、回滚状态、中间状态：

TransactionStatus.CommitTransaction：提交事务，它允许消费者消费此消息。
TransactionStatus.RollbackTransaction：回滚事务，它代表该消息将被删除，不允许被消费。
TransactionStatus.Unknown：中间状态，它代表需要回查本地事务状态来决定是提交还是回滚事务。

下面我们通过示例演示如何使用RocketMQ的事务消息。

二、RocketMQ事务消息使用案例

(1)、定义消息监听器

消息监听器主要是实现TransactionListener接口，然后需要重写下面两个方法：

executeLocalTransaction：执行本地事务；
checkLocalTransaction：回查本地事务状态，根据这次回查的结果来决定此次事务是提交还是回滚；


public class TransactionListenerImpl implements TransactionListener {
    @Override
    public LocalTransactionState executeLocalTransaction(Message msg, Object arg) {
        String msgKey = msg.geTKEys();
        switch (msgKey) {
            case "Num0":
            case "Num1":
                // 明确回复回滚操作，消息将会被删除，不允许被消费。
                return LocalTransactionState.ROLLBACK_MESSAGE;
            case "Num8":
            case "Num9":
                // 消息无响应,代表需要回查本地事务状态来决定是提交还是回滚事务
                return LocalTransactionState.UNKNOW;
            default:
                // 消息通过，允许消费者消费消息
                return LocalTransactionState.COMMIT_MESSAGE;
        }
    }
    @Override
    public LocalTransactionState checkLocalTransaction(MessageExt msg) {
        System.out.println("回查本地事务状态,消息Key: " + msg.getKeys() + ",消息内容: " + new String(msg.getBody()));
        // 需要根据业务，查询本地事务是否执行成功，这里直接返回COMMIT
        return LocalTransactionState.COMMIT_MESSAGE;
    }
}

(2)、定义消息生产者

事务消息的生产者跟我们之前的普通生产者的不同：

a、需创建事务类型的生产者TransactionMQProducer；
b、需调用setTransactionListener()方法设置事务监听器；
c、使用sendMessageInTransaction()以事务方式发送消息；

public class TransactionProducer {
    public static void main(String[] args) throws MQClientException, InterruptedException {
        // 创建事务类型的生产者
        TransactionMQProducer producer = new TransactionMQProducer("transaction-producer-group");
        // 设置NameServer的地址
        producer.setNamesrvAddr("10.0.90.211:9876");
        // 设置事务监听器
        producer.setTransactionListener(new TransactionListenerImpl());
        // 启动生产者
        producer.start();
        // 发送10条消息
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            try {
                Message msg = new Message("TransactionTopic", "", ("Hello RocketMQ Transaction Message" + i).getBytes(RemotingHelper.DEFAULT_CHARSET));
                // 设置消息Key
                msg.setKeys("Num" + i);
                // 使用事务方式发送消息
                SendResult sendResult = producer.sendMessageInTransaction(msg, null);
                System.out.println("sendResult = " + sendResult);
                Thread.sleep(10);
            } catch (MQClientException | UnsupportedEncodingException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        // 阻塞，目的是为了在消息发送完成后才关闭生产者
        Thread.sleep(10000);
        producer.shutdown();
    }
}

(3)、定义消息消费者

public class MQConsumer {
    public static void main(String[] args) throws MQClientException {
        // 创建DefaultMQPushConsumer类并设定消费者名称
        DefaultMQPushConsumer mqPushConsumer = new DefaultMQPushConsumer("consumer-group-test");
        // 设置NameServer地址，如果是集群的话，使用分号;分隔开
        mqPushConsumer.setNamesrvAddr("10.0.90.211:9876");
        // 设置Consumer第一次启动是从队列头部开始消费还是队列尾部开始消费
        // 如果不是第一次启动，那么按照上次消费的位置继续消费
        mqPushConsumer.setConsumeFromWhere(ConsumeFromWhere.CONSUME_FROM_LAST_OFFSET);
        // 订阅一个或者多个Topic，以及Tag来过滤需要消费的消息，如果订阅该主题下的所有tag，则使用*
        mqPushConsumer.subscribe("TransactionTopic", "*");
        // 注册回调实现类来处理从broker拉取回来的消息
        mqPushConsumer.reGISterMessageListener(new MessageListenerConcurrently() {
            // 监听类实现MessageListenerConcurrently接口即可，重写consumeMessage方法接收数据
            @Override
            public ConsumeConcurrentlyStatus consumeMessage(List<MessageExt> msgList, ConsumeConcurrentlyContext consumeConcurrentlyContext) {
                MessageExt messageExt = msgList.get(0);
                String body = new String(messageExt.getBody(), StandardCharsets.UTF_8);
                System.out.println("消费者接收到消息: " + messageExt.toString() + "---消息内容为：" + body);
                // 标记该消息已经被成功消费
                return ConsumeConcurrentlyStatus.CONSUME_SUCCESS;
            }
        });
        // 启动消费者实例
        mqPushConsumer.start();
    }
}

(4)、观察生产者控制台输出

通过控制台可以看到，生产者成功发送10条消息，并且我们在事务监听器中针对message key为Num8、Num9这两条消息返回UNKNOW状态，这样RocketMQ就会执行本地事务回查去确认本地事务执行状态【即执行checkLocalTransaction()方法】。

sendResult = SendResult [sendStatus=SEND_OK, msgId=AC6E00564F4018B4AAC231C40E0E0000, offsetMsgId=null, messageQueue=MessageQueue [topic=TransactionTopic, brokerName=broker-a, queueId=2], queueOffset=9]
sendResult = SendResult [sendStatus=SEND_OK, msgId=AC6E00564F4018B4AAC231C40E300001, offsetMsgId=null, messageQueue=MessageQueue [topic=TransactionTopic, brokerName=broker-a, queueId=3], queueOffset=10]
sendResult = SendResult [sendStatus=SEND_OK, msgId=AC6E00564F4018B4AAC231C40E400002, offsetMsgId=null, messageQueue=MessageQueue [topic=TransactionTopic, brokerName=broker-a, queueId=0], queueOffset=11]
sendResult = SendResult [sendStatus=SEND_OK, msgId=AC6E00564F4018B4AAC231C40E650003, offsetMsgId=null, messageQueue=MessageQueue [topic=TransactionTopic, brokerName=broker-a, queueId=1], queueOffset=12]
sendResult = SendResult [sendStatus=SEND_OK, msgId=AC6E00564F4018B4AAC231C40E780004, offsetMsgId=null, messageQueue=MessageQueue [topic=TransactionTopic, brokerName=broker-a, queueId=2], queueOffset=13]
sendResult = SendResult [sendStatus=SEND_OK, msgId=AC6E00564F4018B4AAC231C40E880005, offsetMsgId=null, messageQueue=MessageQueue [topic=TransactionTopic, brokerName=broker-a, queueId=3], queueOffset=14]
sendResult = SendResult [sendStatus=SEND_OK, msgId=AC6E00564F4018B4AAC231C40E990006, offsetMsgId=null, messageQueue=MessageQueue [topic=TransactionTopic, brokerName=broker-a, queueId=0], queueOffset=15]
sendResult = SendResult [sendStatus=SEND_OK, msgId=AC6E00564F4018B4AAC231C40EB20007, offsetMsgId=null, messageQueue=MessageQueue [topic=TransactionTopic, brokerName=broker-a, queueId=1], queueOffset=16]
sendResult = SendResult [sendStatus=SEND_OK, msgId=AC6E00564F4018B4AAC231C40EC30008, offsetMsgId=null, messageQueue=MessageQueue [topic=TransactionTopic, brokerName=broker-a, queueId=2], queueOffset=17]
sendResult = SendResult [sendStatus=SEND_OK, msgId=AC6E00564F4018B4AAC231C40EE30009, offsetMsgId=null, messageQueue=MessageQueue [topic=TransactionTopic, brokerName=broker-a, queueId=3], queueOffset=18]
回查本地事务状态,消息Key: Num8,消息内容: Hello RocketMQ Transaction Message8
回查本地事务状态,消息Key: Num9,消息内容: Hello RocketMQ Transaction Message9

(5)、观察消费者控制台输出

可以看到，消费者成功接收到8条消息，因为有2条消息，我们在执行本地事务的时候，明确告诉RocketMQ进行回滚了，所以这2条消息不能被消费者进行消费。

消费者接收到消息: MessageExt [brokerName=broker-a, queueId=0, storeSize=313, queueOffset=1, sysFlag=8, bornTimestamp=1646898932288, bornHost=/10.0.90.139:57933, storeTimestamp=1646898931728, storeHost=/10.0.90.211:10911, msgId=0A005AD300002A9F0000000000004398, commitLoGoffset=17304, bodyCRC=1033347556, reconsumeTimes=0, preparedTransactionOffset=16983, toString()=Message{topic='TransactionTopic', flag=0, properties={MIN_OFFSET=0, REAL_TOPIC=TransactionTopic, MAX_OFFSET=2, KEYS=Num2, TRAN_MSG=true, CONSUME_START_TIME=1646898932329, UNIQ_KEY=AC6E00564F4018B4AAC231C40E400002, CLUSTER=DefaultCluster, PGROUP=transaction-producer-group, WAIT=true, REAL_QID=0}, body=[72, 101, 108, 108, 111, 32, 82, 111, 99, 107, 101, 116, 77, 81, 32, 84, 114, 97, 110, 115, 97, 99, 116, 105, 111, 110, 32, 77, 101, 115, 115, 97, 103, 101, 50], transactionId='AC6E00564F4018B4AAC231C40E400002'}]---消息内容为：Hello RocketMQ Transaction Message2
消费者接收到消息: MessageExt [brokerName=broker-a, queueId=1, storeSize=313, queueOffset=1, sysFlag=8, bornTimestamp=1646898932325, bornHost=/10.0.90.139:57933, storeTimestamp=1646898931741, storeHost=/10.0.90.211:10911, msgId=0A005AD300002A9F000000000000469A, commitLogOffset=18074, bodyCRC=1250988402, reconsumeTimes=0, preparedTransactionOffset=17753, toString()=Message{topic='TransactionTopic', flag=0, properties={MIN_OFFSET=0, REAL_TOPIC=TransactionTopic, MAX_OFFSET=2, KEYS=Num3, TRAN_MSG=true, CONSUME_START_TIME=1646898932341, UNIQ_KEY=AC6E00564F4018B4AAC231C40E650003, CLUSTER=DefaultCluster, PGROUP=transaction-producer-group, WAIT=true, REAL_QID=1}, body=[72, 101, 108, 108, 111, 32, 82, 111, 99, 107, 101, 116, 77, 81, 32, 84, 114, 97, 110, 115, 97, 99, 116, 105, 111, 110, 32, 77, 101, 115, 115, 97, 103, 101, 51], transactionId='AC6E00564F4018B4AAC231C40E650003'}]---消息内容为：Hello RocketMQ Transaction Message3
消费者接收到消息: MessageExt [brokerName=broker-a, queueId=2, storeSize=313, queueOffset=2, sysFlag=8, bornTimestamp=1646898932344, bornHost=/10.0.90.139:57933, storeTimestamp=1646898931758, storeHost=/10.0.90.211:10911, msgId=0A005AD300002A9F000000000000499C, commitLogOffset=18844, bodyCRC=1425278161, reconsumeTimes=0, preparedTransactionOffset=18523, toString()=Message{topic='TransactionTopic', flag=0, properties={MIN_OFFSET=0, REAL_TOPIC=TransactionTopic, MAX_OFFSET=3, KEYS=Num4, TRAN_MSG=true, CONSUME_START_TIME=1646898932359, UNIQ_KEY=AC6E00564F4018B4AAC231C40E780004, CLUSTER=DefaultCluster, PGROUP=transaction-producer-group, WAIT=true, REAL_QID=2}, body=[72, 101, 108, 108, 111, 32, 82, 111, 99, 107, 101, 116, 77, 81, 32, 84, 114, 97, 110, 115, 97, 99, 116, 105, 111, 110, 32, 77, 101, 115, 115, 97, 103, 101, 52], transactionId='AC6E00564F4018B4AAC231C40E780004'}]---消息内容为：Hello RocketMQ Transaction Message4
消费者接收到消息: MessageExt [brokerName=broker-a, queueId=3, storeSize=313, queueOffset=2, sysFlag=8, bornTimestamp=1646898932360, bornHost=/10.0.90.139:57933, storeTimestamp=1646898931774, storeHost=/10.0.90.211:10911, msgId=0A005AD300002A9F0000000000004C9E, commitLogOffset=19614, bodyCRC=603141191, reconsumeTimes=0, preparedTransactionOffset=19293, toString()=Message{topic='TransactionTopic', flag=0, properties={MIN_OFFSET=0, REAL_TOPIC=TransactionTopic, MAX_OFFSET=3, KEYS=Num5, TRAN_MSG=true, CONSUME_START_TIME=1646898932375, UNIQ_KEY=AC6E00564F4018B4AAC231C40E880005, CLUSTER=DefaultCluster, PGROUP=transaction-producer-group, WAIT=true, REAL_QID=3}, body=[72, 101, 108, 108, 111, 32, 82, 111, 99, 107, 101, 116, 77, 81, 32, 84, 114, 97, 110, 115, 97, 99, 116, 105, 111, 110, 32, 77, 101, 115, 115, 97, 103, 101, 53], transactionId='AC6E00564F4018B4AAC231C40E880005'}]---消息内容为：Hello RocketMQ Transaction Message5
消费者接收到消息: MessageExt [brokerName=broker-a, queueId=0, storeSize=313, queueOffset=2, sysFlag=8, bornTimestamp=1646898932377, bornHost=/10.0.90.139:57933, storeTimestamp=1646898931801, storeHost=/10.0.90.211:10911, msgId=0A005AD300002A9F0000000000004FA0, commitLogOffset=20384, bodyCRC=989488637, reconsumeTimes=0, preparedTransactionOffset=20063, toString()=Message{topic='TransactionTopic', flag=0, properties={MIN_OFFSET=0, REAL_TOPIC=TransactionTopic, MAX_OFFSET=3, KEYS=Num6, TRAN_MSG=true, CONSUME_START_TIME=1646898932402, UNIQ_KEY=AC6E00564F4018B4AAC231C40E990006, CLUSTER=DefaultCluster, PGROUP=transaction-producer-group, WAIT=true, REAL_QID=0}, body=[72, 101, 108, 108, 111, 32, 82, 111, 99, 107, 101, 116, 77, 81, 32, 84, 114, 97, 110, 115, 97, 99, 116, 105, 111, 110, 32, 77, 101, 115, 115, 97, 103, 101, 54], transactionId='AC6E00564F4018B4AAC231C40E990006'}]---消息内容为：Hello RocketMQ Transaction Message6
消费者接收到消息: MessageExt [brokerName=broker-a, queueId=1, storeSize=313, queueOffset=2, sysFlag=8, bornTimestamp=1646898932402, bornHost=/10.0.90.139:57933, storeTimestamp=1646898931816, storeHost=/10.0.90.211:10911, msgId=0A005AD300002A9F00000000000052A2, commitLogOffset=21154, bodyCRC=1308448107, reconsumeTimes=0, preparedTransactionOffset=20833, toString()=Message{topic='TransactionTopic', flag=0, properties={MIN_OFFSET=0, REAL_TOPIC=TransactionTopic, MAX_OFFSET=3, KEYS=Num7, TRAN_MSG=true, CONSUME_START_TIME=1646898932441, UNIQ_KEY=AC6E00564F4018B4AAC231C40EB20007, CLUSTER=DefaultCluster, PGROUP=transaction-producer-group, WAIT=true, REAL_QID=1}, body=[72, 101, 108, 108, 111, 32, 82, 111, 99, 107, 101, 116, 77, 81, 32, 84, 114, 97, 110, 115, 97, 99, 116, 105, 111, 110, 32, 77, 101, 115, 115, 97, 103, 101, 55], transactionId='AC6E00564F4018B4AAC231C40EB20007'}]---消息内容为：Hello RocketMQ Transaction Message7
消费者接收到消息: MessageExt [brokerName=broker-a, queueId=1, storeSize=339, queueOffset=3, sysFlag=8, bornTimestamp=1646898900749, bornHost=/10.0.90.139:57878, storeTimestamp=1646898935220, storeHost=/10.0.90.211:10911, msgId=0A005AD300002A9F000000000000599B, commitLogOffset=22939, bodyCRC=709195884, reconsumeTimes=0, preparedTransactionOffset=22592, toString()=Message{topic='TransactionTopic', flag=0, properties={MIN_OFFSET=0, REAL_TOPIC=TransactionTopic, TRANSACTION_CHECK_TIMES=1, MAX_OFFSET=4, KEYS=Num9, TRAN_MSG=true, CONSUME_START_TIME=1646898935835, UNIQ_KEY=AC6E00563BCC18B4AAC231C3930D0009, CLUSTER=DefaultCluster, PGROUP=transaction-producer-group, WAIT=true, REAL_QID=1}, body=[72, 101, 108, 108, 111, 32, 82, 111, 99, 107, 101, 116, 77, 81, 32, 84, 114, 97, 110, 115, 97, 99, 116, 105, 111, 110, 32, 77, 101, 115, 115, 97, 103, 101, 57], transactionId='AC6E00563BCC18B4AAC231C3930D0009'}]---消息内容为：Hello RocketMQ Transaction Message9
消费者接收到消息: MessageExt [brokerName=broker-a, queueId=0, storeSize=339, queueOffset=3, sysFlag=8, bornTimestamp=1646898900727, bornHost=/10.0.90.139:57878, storeTimestamp=1646898935223, storeHost=/10.0.90.211:10911, msgId=0A005AD300002A9F0000000000005B76, commitLogOffset=23414, bodyCRC=1564625146, reconsumeTimes=0, preparedTransactionOffset=22245, toString()=Message{topic='TransactionTopic', flag=0, properties={MIN_OFFSET=0, REAL_TOPIC=TransactionTopic, TRANSACTION_CHECK_TIMES=1, MAX_OFFSET=4, KEYS=Num8, TRAN_MSG=true, CONSUME_START_TIME=1646898935839, UNIQ_KEY=AC6E00563BCC18B4AAC231C392F70008, CLUSTER=DefaultCluster, PGROUP=transaction-producer-group, WAIT=true, REAL_QID=0}, body=[72, 101, 108, 108, 111, 32, 82, 111, 99, 107, 101, 116, 77, 81, 32, 84, 114, 97, 110, 115, 97, 99, 116, 105, 111, 110, 32, 77, 101, 115, 115, 97, 103, 101, 56], transactionId='AC6E00563BCC18B4AAC231C392F70008'}]---消息内容为：Hello RocketMQ Transaction Message8

三、RocketMQ事务消息原理

设计思想

在RocketMQ事务消息的主要流程中，一阶段的消息如何对用户不可见。其中，事务消息相对普通消息最大的特点就是一阶段发送的消息对用户是不可见的。那么，如何做到写入消息但是对用户不可见呢？RocketMQ事务消息的做法是：如果消息是half消息，将备份原消息的主题与消息消费队列，然后改变主题为RMQ_SYS_TRANS_HALF_TOPIC。由于消费组未订阅该主题，故消费端无法消费half类型的消息。

如何实现事务回查？

Broker会启动一个消息回查的定时任务，定时从事务消息queue中读取所有待反查的消息。针对每个需要反查的半消息，Broker会给对应的Producer发一个要求执行事务状态反查的rpc请求。然后根据RPC返回响应中的反查结果，来决定这个半消息是需要提交还是回滚，或者后续继续来反查。最后，提交或者回滚事务，将半消息标记为已处理状态【将消息存储在主题为：RMQ_SYS_TRANS_OP_HALF_TOPIC的主题中，代表这些消息已经被处理（提交或回滚）】。如果是提交事务，就把半消息从半消息队列中复制到该消息真正的topic和queue中；如果是回滚事务，则什么都不做。

值得注意的是，rocketmq并不会无休止的的信息事务状态回查，默认回查15次，如果15次回查还是无法得知事务状态，rocketmq默认回滚该消息。

四、RocketMQ事务消息使用限制

使用事务消息，有一些限制条件：

事务消息不支持延时消息和批量消息；
事务性消息可能不止一次被检查或消费，所以消费者端需要做好消费幂等；
为了避免单个消息被检查太多次而导致半队列消息累积，我们默认将单个消息的检查次数限制为 15 次（即默认只会回查15次），我们可以通过 Broker 配置文件的 transactionCheckMax参数来修改此限制。如果已经检查某条消息超过 N 次的话（ N = transactionCheckMax ），则 Broker 将丢弃此消息，并在默认情况下同时打印错误日志。用户可以通过重写 AbstractTransactionCheckListener 类来修改这个行为；
事务消息将在 Broker 配置文件中的参数 transactionMsgTimeout 这样的特定时间长度之后被检查。当发送事务消息时，用户还可以通过设置用户属性 CHECK_IMMUnity_TIME_IN_SECONDS 来改变这个限制，该参数优先于 transactionMsgTimeout 参数；
提交给用户的目标主题消息可能会失败，目前这依日志的记录而定。它的高可用性通过 RocketMQ 本身的高可用性机制来保证，如果希望确保事务消息不丢失、并且事务完整性得到保证，建议使用同步的双重写入机制。
事务消息的生产者 ID 不能与其他类型消息的生产者 ID 共享。与其他类型的消息不同，事务消息允许反向查询、MQ服务器能通过它们的生产者 ID 查询到消费者。

到此这篇关于RocketMQ事务消息原理与使用详解的文章就介绍到这了,更多相关RocketMQ事务消息内容请搜索以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持！

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