Что такое брокер сообщений

Что такое брокер сообщений

Брокер сообщений — ключевой компонент современных распределенных систем. Это промежуточная компьютерная программа, которая облегчает обмен информацией между приложениями, информационными системами и сервисами. Брокер можно представить как центральный узел. Он получает сообщения от приложений-отправителей и направляет их приложениям-получателям, преобразуя из одного протокола в другой.

Благодаря этому пользователи могут обмениваться информацией, работая в разных информационных системах. Это упрощает построение масштабируемых распределенных приложений.

Зачем нужны брокеры сообщений

Брокеры сообщений позволяют отделить приложения-источники данных от приложений-получателей. Это значительно упрощает архитектуру системы и повышает ее гибкость. Отправители могут публиковать сообщения в брокере, не заботясь о том, что получатель использует другой протокол и интерфейс. Эту работу выполнит брокер.

Давайте посмотрим, что именно делает брокер сообщений.

• Валидация — проверяет формат и содержание сообщений перед их передачей.
• Маршрутизация — определяет место назначения для каждого сообщения.
• Хранение — может временно хранить сообщения, если получатель недоступен, чтобы доставить их позже.
• Доставка — для конечного пользователя это основное назначение брокера сообщений.

Как работает брокер сообщений

Получив сообщение от продюсера, брокер добавляет его во внутреннюю очередь. Там оно хранится до тех пор, пока не будет использовано соответствующим потребителем. При этом модели распространения сообщений могут быть разными. Разберемся подробнее.

Point-to-Point, или «точка-точка»

Модель используется, когда продюсеры имеют отношения один на один с потребителями. То есть сообщение должно быть обработано только один раз и только одним получателем. Пример — обработка финансовых транзакций.

Publish / Subscribe, или «публикация-подписка»

Используется, когда продюсеры (издатели) имеют отношения «один-ко-многим» с потребителями. В данном случае их также называют подписчиками. Один или несколько издателей могут публиковать сообщения по определенной теме (топику), а заинтересованные потребители могут подписаться на нее, чтобы получать эти данные. В качестве примера использования такой модели распространения сообщений можно привести отправку и обработку уведомлений о событиях, ведение логов в нескольких системах и т. д.

Преимущества брокеров сообщений

Одно из преимуществ брокеров сообщений — обеспечение асинхронности в обмене данными. Выше мы сказали, что брокер может временно хранить сообщения, если получатель в данный момент недоступен. Если бы его не было, то и отправителю, и получателю потребовалось бы быть онлайн для обмена данными. Асинхронность же позволяет пользователям работать независимо друг от друга, без необходимости одновременного присутствия в системе.

Кстати, из асинхронности следует еще одно преимущество, возможно, не такое очевидное. Благодаря возможности хранить сообщения брокер позволяет избежать потери данных и гарантирует, что они будут обработаны даже в случае временных сбоев. То есть, можно сказать, что брокер повышает отказоустойчивость системы.

Брокеры также играют важную роль в обеспечении масштабируемости распределенных систем. Выступая в качестве центральных узлов, они могут обрабатывать большие объемы сообщений от множества источников и направлять их соответствующим получателям. Это делает возможным построение высокопроизводительных систем, способных справляться с растущими объемами данных и числом участников.

Следовательно, брокеры упрощают развитие и масштабирование систем и приложений. Они уменьшают связанность между компонентами и облегчают их замену или обновление без влияния на всю систему.

Наконец, брокеры обеспечивают централизованное управление сообщениями, упрощая их маршрутизацию и обработку. Это позволяет легко добавлять новых потребителей и изменять логику обработки сообщений без значительных изменений в архитектуре системы. Они облегчают интеграцию различных систем и приложений, позволяя им обмениваться данными без необходимости прямого взаимодействия. Это особенно полезно в микросервисной архитектуре, где различные сервисы могут быть написаны на разных языках программирования и работать на разных платформах.

Недостатки и риски внедрения брокеров сообщений

Один из основных недостатков — увеличение сложности системы. Введение брокера сообщений добавляет новый компонент в архитектуру, что требует дополнительных усилий по его настройке, мониторингу и обслуживанию. Это может привести к необходимости более сложного управления и увеличению времени на разработку.

Кроме того, использование брокеров сообщений может привести к усложнению отладки и мониторинга. Поскольку сообщения проходят через дополнительный уровень абстракции, отслеживание и диагностика проблем могут стать более сложными. Это может потребовать внедрения дополнительных инструментов для мониторинга и анализа.

Если не подойти к конфигурации брокера ответственно, возникает риск ошибок и сбоев в его работе. Потенциально это может свести на нет одно из его преимуществ — надежное хранение и гарантированную доставку сообщений. В худшем сценарии неверная настройка может привести к полной потере данных. Это особенно критично для приложений, где важна надежность передачи информации.

Асинхронность в работе брокеров сообщений может привести к увеличению времени отклика системы. В некоторых случаях это может быть неприемлемо для приложений, требующих мгновенной обработки запросов.

Наконец, внедрение брокеров может потребовать дополнительных затрат на инфраструктуру и обучение персонала. Необходимость в новых технологиях и инструментах может увеличить общие затраты на проект, что важно учитывать при планировании.

Таким образом, хотя брокеры сообщений могут значительно улучшить архитектуру приложений, важно тщательно оценить их недостатки и риски, чтобы обеспечить успешное внедрение и эксплуатацию.

Популярные брокеры сообщений

Существует множество брокеров сообщений. Каждый из них имеет свои особенности, преимущества и недостатки. Рассмотрим три популярных варианта: Apache Kafka, RabbitMQ и Apache ActiveMQ.

Apache Kafka

Преимущества

• Высокая производительность. Kafka может обрабатывать миллионы сообщений в секунду, что делает его идеальным для приложений с высокими требованиями к производительности.
• Масштабируемость. Kafka легко масштабируется, позволяя добавлять новые узлы в кластер без значительных изменений в архитектуре.
• Устойчивость к сбоям. Kafka обеспечивает надежное хранение сообщений и их дублирование, что позволяет избежать потери данных в случае сбоев.

Недостатки

• Сложность настройки. Kafka требует более сложной конфигурации и управления по сравнению с другими брокерами, что может быть проблемой для небольших команд.
• Задержка. Хотя Kafka предназначен для обработки больших объемов данных, в некоторых случаях может возникать задержка в доставке сообщений.

RabbitMQ

Преимущества

• Простота использования. RabbitMQ легко настраивается и предоставляет множество инструментов для мониторинга и управления.
• Поддержка различных протоколов. RabbitMQ поддерживает несколько протоколов, включая AMQP, MQTT и STOMP, что делает его гибким решением для различных сценариев.
• Гарантированная доставка. RabbitMQ обеспечивает надежную доставку сообщений, что особенно актуально для критически важных приложений.

Недостатки

• Ограниченная производительность. RabbitMQ может не справляться с очень высокими нагрузками так же эффективно, как Kafka. Это может быть проблемой для масштабируемых приложений.
• Сложность в обработке больших объемов данных. RabbitMQ лучше подходит для обработки небольших и средних объемов сообщений, чем для потоковой обработки больших данных.

Apache ActiveMQ

Преимущества

• Поддержка JMS. ActiveMQ полностью совместим с Java Message Service (JMS), что делает его отличным выбором для приложений на Java.
• Гибкость. ActiveMQ поддерживает различные модели обмена сообщениями, включая «точка-точка» и публикация-подписка.
• Интеграция с другими системами. ActiveMQ легко интегрируется с различными фреймворками и платформами, что упрощает его использование в сложных системах.

Недостатки

• Недостаточная производительность. ActiveMQ может не обеспечивать такую же высокую производительность, как Kafka, особенно при больших объемах сообщений.
• Сложность конфигурации. Хотя ActiveMQ предлагает множество возможностей, его настройка может быть сложной, особенно для новичков.

Как выбрать брокер сообщений

Выбор брокера сообщений важен при разработке распределенных приложений. Сначала стоит определить, какие типы данных вы будете передавать, поскольку разные брокеры более эффективно работают с различными их форматами.

Важно также удостовериться в поддержке необходимых протоколов (таких как AMQP, MQTT и т. д.) и оценить ожидаемую нагрузку. Это важно, поскольку производительность брокеров может различаться. Масштабируемость — еще один ключевой аспект. Убедитесь, что брокер может легко адаптироваться к увеличению нагрузки.

Также стоит учитывать, какие модели распространения сообщений поддерживает брокер. Не забудьте про управление и мониторинг системы — наличие удобных интерфейсов и API существенно упростит контроль.

Безопасность тоже важна, поэтому проверьте, какие меры защиты предлагает брокер. Обратите внимание на документацию и активность сообщества, так как это поможет в решении проблем.

Сравните стоимость различных решений, особенно если вы рассматриваете облачные брокеры, так как издержки могут варьироваться в зависимости от трафика. Также важно учитывать, насколько легко брокер интегрируется с вашей текущей инфраструктурой.

Наконец, если возможно, протестируйте несколько брокеров, чтобы выбрать наилучший для ваших нужд. Ваш финальный выбор должен основываться на потребностях конкретного проекта.

Чем может помочь Selectel

Один из брокеров, который мы рассмотрели выше — Apache Kafka. Это открытое ПО, разработанное еще в 2011 году и завоевавшее популярность по всему миру. Продукт находится в свободном доступе, но работа с ним может оказаться не самой простой задачей.

В Selectel вы можете воспользоваться облаком для Apache Kafka. Мы возьмем на себя развертывание и администрирование Kafka в облаке, а также настройку и оптимизацию производительности сервиса. А еще позаботимся об оборудовании, его модернизации и замене комплектующих. Вы получите полностью готовый к работе сервис Kafka с оплатой только за потребленные ресурсы. Работать с сервисом можно из панели управления, через API или Terraform.

Пример пошаговой реализации проекта на Kafka в Selectel вы найдете в Академии, а подробности о подключении к кластеру — в нашей документации.