Роль брокерів повідомлень у сучасних програмах
Сьогоднішні застосунки стають дедалі складнішими, а розробникам постійно доводиться мати справу з процесами, які вимагають значних часових та ресурсних витрат.
Обмін даними між різними сервісами та опрацювання великих обсягів інформації — це лише частина типових викликів, з якими розробники стикаються щодня. На щастя, новітні технології та інструменти розроблені для вирішення цих проблем, і брокер повідомлень є одним із них.
Брокери повідомлень дозволяють програмним рішенням у мережі обмінюватися повідомленнями та взаємодіяти між собою. Давайте глибше розберемо цю революційну технологію.
Що являє собою брокер повідомлень?
Брокер повідомлень – це програмне забезпечення, що забезпечує обмін повідомленнями між різними службами та застосунками для їхньої взаємодії та обміну даними. Брокери повідомлень є ключовою частиною інфраструктури для хмарних, безсерверних, мікросервісних та гібридних архітектур.
Брокер повідомлень виконує свою функцію шляхом конвертації повідомлень між різними протоколами обміну. Це дозволяє незалежним сервісам миттєво взаємодіяти один з одним, незалежно від використаних мов програмування.
Принцип роботи брокерів повідомлень
Брокери повідомлень здатні забезпечувати захист, архівацію, маршрутизацію та надсилання повідомлень відповідним отримувачам. Вони діють як міст між різними застосунками, дозволяючи відправникам надсилати повідомлення, не турбуючись про розташування, статус або кількість одержувачів.
Брокери повідомлень зазвичай використовують чергу повідомлень для надійного зберігання та безпечної доставки. Черга повідомлень зберігає та індексує повідомлення, доки програми-споживачі не будуть готові їх опрацювати. Повідомлення залишаються в черзі в тому ж порядку, в якому були отримані, до підтвердження отримання.
Для кращого розуміння принципів роботи брокера повідомлень, давайте розглянемо його ключові складові:
- Виробник — це інтерфейс, який взаємодіє з брокером повідомлень для відправлення повідомлень на зберігання та розповсюдження.
- Споживач — це сутність, якій призначено повідомлення та яка отримує дані від брокера повідомлень. Також їх можна називати передплатниками.
- Черга або тема — це тип даних, що використовуються брокерами для зберігання повідомлень. Їх можна представити як папки в комп’ютері, що працюють за принципом FIFO (перший прийшов, перший пішов).
- Обмінник — це логічна сутність, що керує чергами та створює групи повідомлень, дозволяючи споживачам обмінюватися інформацією.
Взаємодія через брокери повідомлень здійснюється за двома основними моделями: «точка-точка» та «публікація/підписка».
Обмін повідомленнями «точка-точка». Ця модель передбачає зв’язок між відправником і одержувачем на основі принципу «один-до-одного». Кожне повідомлення в черзі обробляється лише раз і надсилається одному отримувачу.
Ця модель часто використовується в системах обробки заробітної плати та фінансових транзакцій, де необхідно гарантувати, що кожен платіж буде виконано лише один раз. Якщо споживач офлайн, брокер повідомлень збереже повідомлення в черзі та доставить його пізніше.
Обмін повідомленнями «публікація/підписка». У цьому режимі відправник не знає, хто буде споживачем повідомлення. Він надсилає повідомлення на певну тему, і всі програми, які підписані на цю тему, отримують усі опубліковані повідомлення.
У цій моделі між споживачем і виробником встановлюється зв’язок «один-до-багатьох». Цей підхід застосовується в архітектурах, керованих подіями, де застосунки не залежать один від одного.
Ось як виглядає життєвий цикл обробки повідомлення через брокер:
- Початок циклу – надсилання повідомлень одному або декільком адресатам.
- Перетворення повідомлення в інший формат.
- Розбиття повідомлення на дрібніші частини, їх відправлення споживачеві, а потім збір відповідей і їх об’єднання у зворотне повідомлення для відправника.
- Використання зовнішнього сховища для додавання або збереження повідомлення.
- Отримання необхідних даних через веб-сервіси.
- Надсилання відповідей у разі невдачі доставки або помилки.
- Застосування моделі “публікація/підписка” для маршрутизації повідомлень на основі їх змісту або теми.
Переваги використання брокерів повідомлень
Переваги впровадження брокерів повідомлень у мережі:
- Виробник і споживач можуть обмінюватися повідомленнями незалежно від того, чи є інший онлайн. Брокер повідомлень доставить повідомлення, коли споживач знову стане активним.
- Брокери гарантують доставку повідомлень у будь-якій ситуації, а механізм підтвердження сповіщає виробника про доставку, що робить цю технологію дуже надійною.
- Асинхронна обробка гарантує, що ресурсомісткі завдання виконуються окремими процесами, що прискорює роботу програми та покращує досвід користувача.
- Брокери повідомлень повторюють доставку повідомлень, якщо вона не вдалася. Повторна спроба може бути здійснена як негайно, так і через деякий час. Якщо повідомлення залишається недоставленим після кількох спроб, воно перенаправляється виробнику.
Далі ми розглянемо деякі популярні брокери повідомлень, які ви можете використовувати для спрощення взаємодії між сучасними застосунками.
Memphis
Memphis – це брокер повідомлень з відкритим вихідним кодом, розроблений спеціально для розробників, що працюють з потоковою передачею даних. Він легко розгортається та дозволяє масштабувати застосунок на основі даних за лічені секунди.
Розробники Memphis врахували переваги, які пропонують інші брокери повідомлень, і додали ще більше можливостей. Цей брокер використовує функціонал NATS для автоматичної оптимізації, управління схемами, вбудованої обробки та виявлення помилок.
Цей брокер, керований спільнотою, має інтуїтивно зрозумілий інтерфейс, повністю оптимізований для забезпечення високої продуктивності. Memphis надає CLI та SDK для Node.JS, Go, Python, Typescript і NestJS, що дозволяє розробникам інтегрувати функції брокера повідомлень до своєї платформи.
Він пропонує функцію черги мертвих листів з можливістю автоматичного повторного надсилання повідомлень про необроблені повідомлення.
Ключові особливості Memphis:
- Працює на Kubernetes, що забезпечує повну апаратну абстракцію для масштабування, оновлення, перезавантаження і т.д.
- Спрощує виявлення помилок невикористаних повідомлень, надаючи доступ до шляху даних кожного повідомлення.
- Інтуїтивно зрозумілий інтерфейс користувача та CLI зручні для інженерів з обробки даних, дозволяючи виявляти помилки в реальному часі.
- Включає унікальні можливості управління схемою та вбудованої трансформації.
RabbitMQ
RabbitMQ, випущений у 2007 році, є одним із провідних брокерів повідомлень, широко використовуваним тисячами користувачів по всьому світу. Написаний на Erlang, він є дуже легким і може бути встановлений як у хмарному, так і в локальному середовищі.
RabbitMQ дуже надійний і простий у використанні. Його інтуїтивно зрозумілий інтерфейс дозволяє програмам легко обмінюватися повідомленнями та керувати брокером. Цей потужний брокер сумісний з різними платформами для розробників і підтримує багато протоколів обміну повідомленнями. Його можна легко розгорнути в розподілених і об’єднаних конфігураціях для задоволення великих вимог.
Цей брокер працює на різних операційних системах, хмарних платформах та інструментах розробки. Основні мови, що підтримуються, – Java, .NET, PHP, Python, JavaScript, Ruby та Go. Він має різноманітні функції та підтримує плагіни, що спрощують інтеграцію з іншими системами.
Як брокер з відкритим кодом, RabbitMQ є безкоштовним. Також доступна комерційна версія за підпискою.
Apache Kafka
Apache Kafka – це надійний брокер повідомлень, що пропонує вищу пропускну здатність, вбудоване розділення, реплікацію та відмовостійкість, ніж інші брокери. Kafka використовує розподілену систему, яка використовує TCP-протокол для забезпечення зв’язку між клієнтами та серверами.
Це забезпечує високу продуктивність, що робить Kafka ідеальним рішенням для великих застосунків обробки повідомлень.
Apache Kafka можна розгорнути як в локальних, так і в хмарних системах. Він добре працює на віртуальних машинах та контейнерах. Його застосовують, коли потрібно ізолювати процеси обробки даних, буферизувати недоставлені повідомлення і в подібних сценаріях.
Цей брокер з відкритим кодом спочатку був розроблений для відстеження дій на веб-сайті та зберігання великої кількості даних. Його здатність зберігати великі обсяги даних у розподіленому та стійкому до збоїв кластері робить його ідеальним вибором для великих компаній. Kafka вміло керує потоковою передачею подій у реальному часі, обробкою даних та відтворенням, необхідних у сценаріях з високими вимогами.
Apache ActiveMQ
Apache ActiveMQ, розроблений на Java, є брокером повідомлень з відкритим кодом, який бере на себе налаштування та обслуговування, зменшуючи навантаження на користувача.
Він підтримує усі основні стандартні протоколи, що використовуються в галузі, та забезпечує безпроблемну інтеграцію з різними платформами через протокол AMQP.
Протокол STOMP полегшує обмін повідомленнями між веб-застосунками через WebSockets, а протокол MQTT дозволяє обмінюватися повідомленнями між пристроями IoT.
ActiveMQ сумісний з численними платформами та клієнтами, створеними на різних мовах, включаючи JavaScript, C, C++, Python, .Net тощо.
Він підтримує розширені функції, такі як групи повідомлень, комбіновані черги та кластеризацію. ActiveMQ є досить гнучким і універсальним для швидкого застосування в різних сценаріях обміну повідомленнями.
ActiveMQ доступний у двох варіантах: «класичний» брокер та розширена версія Artemis.
Класичний ActiveMQ побудований на архітектурі постійних з’єднань і сумісний з різними поколіннями програм. Artemis, розширена версія ActiveMQ, демонструє архітектуру без блокування для забезпечення високої продуктивності, необхідної для нових програм.
WSO2
WSO2 – це ще один брокер повідомлень, розроблений з метою забезпечення надійного обміну повідомленнями у розподіленому середовищі.
Цей легкий і простий у використанні брокер має режим безперервної доступності, що забезпечує високу надійність та розширення серверів в кластері, мінімізуючи ймовірність єдиної точки збою.
Технологія з відкритим вихідним кодом ефективно керує чергами, підписниками та повідомленнями для безперебійного обміну даними.
WSO2 підтримує кілька протоколів, включаючи MQTT, протокол, що забезпечує обмін повідомленнями в IoT.
Він з’єднує віддалені пристрої з брокерами, забезпечуючи міжмашинну взаємодію (M2M), яка може генерувати десятки тисяч одночасних подій щосекунди. WSO2 працює на гнучкій моделі розгортання, пропонуючи як роботу на одному вузлі, так і в кластерних конфігураціях.
Основні особливості WSO2:
- Підтримує JMS v1.0 та v1.1 API.
- Відповідає набору стандартів.
- Підтримує AMQP v0.91 та MQTT для всіх рівнів QoS та збережених повідомлень.
- Підтримує різні мови/платформи, включаючи Java, .Net, C, C++, PHP, Ruby, Erlang тощо.
ZeroMQ
ZeroMQ – це складний брокер, який забезпечує високошвидкісні з’єднання між різними застосунками, незалежно від мови та платформи, на яких вони працюють.
Він складається з механізмів асинхронного введення та виведення, інтегрованих в бібліотеки обміну повідомленнями, і встановлює зв’язок «багато-до-багатьох» між відправником і одержувачем.
Він передає повідомлення між застосунками через WebSockets, використовуючи різні транспортні канали, такі як внутрішньопроцесний, міжпроцесний, TCP, багатоадресний, TIPC, IPC і UDP.
ZeroMQ має всі необхідні функції розподіленої системи обміну повідомленнями та передає повідомлення через сокети, які можуть бути організовані за різними шаблонами, такими як pub-sub, запит-відповідь, розподіл завдань та розгортання.
ZeroMQ надає широкі можливості для налаштування з метою задоволення унікальних потреб різних сценаріїв використання та підтримує декілька моделей обміну повідомленнями та мовних реалізацій.
Він сумісний з різними мовами програмування, такими як C, C++, C#, Java, Python, Ruby та Perl.
Цей брокер є надзвичайно швидким, має відкритий код та легку бібліотеку повідомлень, що допомагає ефективно працювати навіть з асинхронними механізмами вводу-виводу.
Підсумки
Отже, тепер у нас є чітке розуміння того, як впровадження брокерів повідомлень може значно покращити загальну архітектуру зв’язку. На ринку представлено багато надійних постачальників, і ми розглянули найпопулярніші рішення.
Ви можете обрати будь-який брокер повідомлень, який, на вашу думку, найкраще відповідає потребам вашої організації в управлінні даними та допоможе розподілити повідомлення між вашими застосунками.
Також ви можете розглянути можливості використання SMS API для надсилання повідомлень своїм користувачам.