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源码地址:https://github.com/asong2020/Golang_Dream/tree/master/code_demo/queue

本文作者:asong

原文地址:https://studygolang.com/articles/30780

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：https://github.com/asong2020/Golang_Dream/tree/master/code_demo/queue

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：

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。

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 topic 、 msg ，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～～～

Publish 和 broadcast

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。

subscribe 和 unsubScribe

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～～～。

源码地址:https://github.com/asong2020/Golang_Dream/tree/master/code_demo/queue

本文作者:asong

原文地址:https://studygolang.com/articles/30780