RabbitMQ چیست؟ چه مزیتی نسبت به Kafka دارد؟

RabbitMQ چیست؛ تصور کنید یک پستچی سریع و قابل اعتماد دارید که می‌تواند بسته‌های شما را به آدرس‌های مختلف برساند، بدون اینکه نگران گم شدن یا دیر رسیدن آنها باشید. RabbitMQ هم دقیقا همین کار را برای پیام‌ها در سیستم‌های نرم‌افزاری انجام می‌دهد. این یک واسطه پیام‌رسان (Message Broker) است که به برنامه‌های مختلف اجازه می‌دهد تا به صورت غیرهمزمان با هم ارتباط برقرار کنند.

اما چرا باید از RabbitMQ استفاده کنیم؟ و چه تفاوتی با سیستم‌های مشابه مثل Kafka دارد؟ در این مقاله ابرزس، قصد داریم به طور مفصل به بررسی RabbitMQ بپردازیم. از مفهوم اولیه آن شروع کرده و سپس مزایای آن را نسبت به رقبای خود، به ویژه Kafka، تحلیل می‌کنیم.

RabbitMQ چیست؟

RabbitMQ یک نرم‌افزار مدیریت صف پیام متن‌باز و قدرتمند است که به زبان Erlang نوشته شده و به‌عنوان یک میان‌افزار پیام‌گرا (Message-Oriented Middleware) شناخته می‌شود. این نرم‌افزار پروتکل AMQP (پروتکل پیشرفته صف پیام) را پیاده‌سازی می‌کند و همچنین از پروتکل‌های دیگری مثل MQTT و STOMP پشتیبانی می‌کند. به زبان ساده‌تر، RabbitMQ به برنامه‌ها اجازه می‌دهد تا پیام‌ها را بدون نیاز به ارتباط مستقیم و همزمان، به‌صورت غیرهمزمان (Asynchronous) ارسال و دریافت کنند. RabbitMQ نقش واسطه را بازی می‌کند؛ پیام‌ها ابتدا توسط «تولیدکنندگان»(Producers) به «تبادل‌کننده‌ها» (Exchanges) ارسال می‌شوند و سپس طبق قوانین تعریف‌شده به «صف‌ها»(Queues) مسیریابی می‌شوند. این پیام‌ها توسط «مصرف‌کنندگان» (Consumers) در زمان مناسب دریافت و پردازش می‌شوند.

یکی از نقاط قوت RabbitMQ، مقیاس‌پذیری بالای آن است؛ یعنی با افزایش حجم پیام‌ها یا تعداد کاربران، کارایی سیستم کاهش پیدا نمی‌کند. همچنین، با داشتن معماری مقاوم در برابر خطا (Fault-Tolerant)، ربیت ام کیو دسترسی مداوم به پیام‌ها را حتی در شرایط بحرانی تضمین می‌کند. از دیگر ویژگی‌های جذاب این نرم‌افزار می‌توان به پشتیبانی از زبان‌های برنامه‌نویسی متنوع و قابلیت اجرا در محیط‌های ابری (Cloud) و سیستم‌عامل‌های مختلف اشاره کرد.

ویژگی‌های اصلی RabbitMQ چیست؟

RabbitMQ یک پیام‌بر (Message Broker) قدرتمند است که برای ارسال و دریافت پیام‌ها بین سیستم‌ها و سرویس‌های مختلف استفاده می‌شود. ویژگی‌های اصلی آن عبارتند از:

۱. ماندگاری پیام

در سیستم‌های پیام‌رسانی مانند RabbitMQ، یکی از دغدغه‌های اصلی احتمال از دست رفتن پیام‌ها در شرایطی مانند خرابی سیستم است. با این حال، RabbitMQ با ارائه ویژگی‌ به نام پایداری پیام (Message Durability) این مشکل را حل می‌کند. این ویژگی به این شکل عمل می‌کند که پیام‌های مهم (یا پایدار) را روی دیسک ذخیره می‌کند تا زمانی که مصرف‌کننده‌های این پیام‌ها آنها را دریافت و تأیید کنند. به این ترتیب، پیام‌ها حتی در صورت وقوع مشکلاتی مانند خرابی سیستم یا راه‌اندازی مجدد سیستم، از بین نمی‌روند.

به عبارتی، حتی در شرایطی که منابع سیستم تحت فشار هستند، RabbitMQ تضمین می‌کند که پیام‌ها به طور ایمن و بدون از دست رفتن ذخیره شوند. در سناریوهایی که داده‌ها بسیار حساس و حیاتی هستند، مثل تراکنش‌های مالی یا سوابق بهداشتی، این سطح از پایداری پیام اهمیت بسیار زیادی دارد. زیرا اطمینان حاصل می‌شود که حتی در شرایط بحرانی نیز داده‌ها به درستی و بدون از دست رفتن منتقل می‌شوند.

۲. سیستم مسیریابی انعطاف‌پذیر 

RabbitMQ یک سیستم قدرتمند برای مدیریت پیام‌ها است که مانند یک پیک هوشمند، پیام‌ها را با دقت به مقصدهای درست هدایت می‌کند. این کار از طریق انواع تبادل‌ها (Exchanges) انجام می‌شود: مستقیم (Direct)، موضوعی (Topic)، بخش‌کننده (Fanout) و سرآیند (Header). هر تبادل، شیوه‌ای منحصربه‌فرد برای مسیریابی پیام‌ها دارد، و شما می‌توانید به کمک آن‌ها پیام‌ها را به صف‌های مختلف ارسال کنید. جذاب‌ترین ویژگی RabbitMQ در تبادلات موضوعی آن است؛ جایی که الگوهای پیچیده به شما اجازه می‌دهند تا پیام‌ها را به صف‌های متعددی که با شرایط خاص هم‌خوانی دارند، ارسال کنید. در ادامه مقاله به صورت جداگانه هر یک از تبادل‌‌کننده‌های RabbitMQ را بررسی خواهیم کرد.

۳. پشتیبانی از پروتکل‌های مختلف

RabbitMQ با پشتیبانی از چندین پروتکل و زبان برنامه‌نویسی، امکان ارتباط مؤثر میان انواع برنامه‌ها و سیستم‌ها را فراهم می‌کند. از جمله پروتکل‌های اصلی پشتیبانی شده توسط RabbitMQ می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• AMQP (پروتکل صف پیام پیشرفته): یک استاندارد مطمئن و قدرتمند برای انتقال پیام‌ها که در محیط‌های مختلف استفاده می‌شود. این پروتکل با نام کامل Advanced Message Queuing Protocol شناخته می‌شود.
• MQTT: پروتکلی سبک و بهینه، مناسب برای دستگاه‌های کم‌مصرف و اینترنت اشیا (IoT). نام کامل آن Message Queuing Telemetry Transport است.
• STOMP (پروتکل متنی ساده برای پیام‌رسانی): پروتکلی ساده و کارآمد که پیام‌ها را به شکل متن منتقل می‌کند. نام کامل این پروتکل Simple (or Streaming) Text Oriented Messaging Protocol است.

RabbitMQ با استفاده از افزونه‌ها، پروتکل‌های MQTT و STOMP را نیز پشتیبانی می‌کند و به کاربران این امکان را می‌دهد تا پیام‌ها را با روش‌های مختلف ارسال و دریافت کنند. همچنین، پروتکل‌های دیگری مانند AMQP 1.0 و RabbitMQ Stream توسط این سیستم پشتیبانی می‌شوند، که هر کدام برای سناریوهای خاص و نیازهای متنوع مناسب هستند.

اجزای کلیدی RabbitMQ چیست؟

اجزای RabbitMQ مجموعه‌ای از ابزارهای هوشمند هستند که امکان انتقال سریع و دقیق پیام‌ها بین سرویس‌ها را فراهم می‌کنند. هر پیام حامل اطلاعاتی ارزشمند است و RabbitMQ نقش یک هماهنگ‌کننده حرفه‌ای را دارد که با دقت، پیام‌ها را به مقصدهای صحیح هدایت می‌کند. اجزای کلیدی RabbitMQ عبارتند از:

• فرستنده (Publisher): این بخش مسئول ارسال پیام‌ها به RabbitMQ است. پیام‌ها از سمت فرستنده وارد سیستم می‌شوند تا پردازش شوند.
• تبادل‌کننده (Exchange): تبادل‌کننده، بخشی است که پس از دریافت پیام‌ها از فرستنده، تصمیم می‌گیرد پیام‌ها به کدام صف (Queue) ارسال شوند.
• مسیرها (Routes): مسیرها تعیین می‌کنند که پیام از تبادل‌کننده به کدام صف برود. این بخش به اکسچنج کمک می‌کند تا پیام‌ها را به مقصد درست هدایت کند.
• اتصالات (Bindings): اتصالات رابط میان توزیع‌کننده و صف‌ها هستند و پیام‌ها را بین این دو بخش منتقل می‌کنند.
• مصرف‌کننده (Consumer): در نهایت، مصرف‌کننده، پیام‌ها را از صف دریافت کرده و آن‌ها را پردازش می‌کند.

انواع تبادل‌کننده‌ها چیست؟

در RabbitMQ، چهار نوع تبادل‌کننده وجود دارد که وظیفه هدایت پیام‌ها به صف‌های مناسب را بر عهده دارند. به طور پیش‌فرض، RabbitMQ از تبادل‌ مستقیم (Direct Exchange) استفاده می‌کند. در این نوع مبادله، پیام‌ها بر اساس یک کلید مشخص مستقیماً به صف مقصد ارسال می‌شوند. این تنظیم به صورت خودکار انجام می‌شود و نیازی به پیکربندی خاصی نیست، مگر اینکه قصد استفاده از انواع دیگر مبادله‌ها را داشته باشید:

۱. تبادل‌ مستقیم (Direct Exchange) 

در تبادل مستقیم (Direct Exchange) در RabbitMQ، پیام‌ها براساس یک کلید مسیریابی (Routing Key) خاص به صف‌های مختلف ارسال می‌شوند. اگر این کلید مسیریابی با کلید اتصال (Binding Key) تعریف شده برای یک صف یکسان باشد، پیام به آن صف هدایت می‌شود. به عبارت دیگر، هر صف یک یا چند کلید مسیریابی خاص را می‌پذیرد و پیام‌هایی که با این کلیدها مطابقت دارند، به آن صف وارد می‌شوند. این مکانیزم به شما این امکان را می‌دهد که یک پیام را به چندین صف مختلف ارسال کنید، به شرطی که آن صف‌ها کلید اتصال‌های مشترکی داشته باشند. در نتیجه، با تنظیم درست کلید اتصال و کلید مسیریابی می‌توانید پیام‌ها را به صف‌های مورد نظر هدایت کنید و کنترل دقیقی روی مسیریابی پیام‌ها داشته باشید.

۲. تبادل موضوعی (Topic Exchange)

تبادل موضوعی (Topic Exchange) در RabbitMQ امکان ارسال پیام‌ها به صف‌های مختلف را بر اساس تطابق الگوهای کلید مسیریابی فراهم می‌کند. این الگوها می‌توانند شامل wildcard باشند که انعطاف‌پذیری بالایی در مسیریابی پیام ایجاد می‌کنند. به این ترتیب، پیام‌ها بر اساس موضوعات کلی یا جزئی به صف‌های مرتبط هدایت می‌شوند. برای مثال، یک صف می‌تواند پیام‌هایی را دریافت کند که کلید مسیریابی آنها با الگوی "news.*" مطابقت داشته باشد، بنابراین همه پیام‌های مربوط به اخبار به این صف ارسال می‌شوند. این مکانیزم، مسیریابی هوشمند پیام را بدون نیاز به تعریف دقیق کلید مسیریابی برای هر پیام ممکن می‌سازد.

۳. تبادل پخش‌کنننده (Fanout Exchange) 

تبادل پخش‌کننده (Fanout Exchange) در RabbitMQ به گونه‌ای عمل می‌کند که هر پیام ارسالی به آن، بدون در نظر گرفتن محتوا یا هرگونه کلید مسیریابی، به تمام صف‌های متصل (bound queues) ارسال می‌شود. این نوع تبادل، پیام‌ها را به صورت یکسان و همزمان به همه مقاصد پخش می‌کند، درست مانند ارسال یک پیام به همه اعضای یک گروه.

از تبادل پخش‌کنننده زمانی استفاده می‌شود که نیاز به انتشار گسترده یک پیام به همه بخش‌های سیستم باشد، بدون نیاز به فیلتر یا شرط خاصی. برای مثال، ارسال یک اطلاعیه عمومی به تمام سرویس‌های یک سیستم، از کاربردهای رایج این نوع تبادل است. در این حالت، نیازی به استفاده از کلید اتصال یا کلید مسیریابی نیست، زیرا تبادل Fanout همه پیام‌ها را به صورت مستقیم و بدون بررسی کلیدها به صف‌های متصل ارسال می‌کند.

۴. تبادل هدرها (Headers Exchange)

در تبادل هدرها (Headers Exchange) در پروتکل صف‌بندی پیام پیشرفته (Advanced Message Queuing Protocol یا AMQP)، به جای استفاده از کلید مسیریابی برای ارسال پیام‌ها به مقصد درست، از ویژگی‌های خاصی که در هدرهای پیام تعریف شده‌اند استفاده می‌شود. یعنی هدرهای پیام حاوی اطلاعاتی هستند که مشخص می‌کنند پیام باید به کجا فرستاده شود، و کلید مسیریابی که در روش‌های دیگر به کار می‌رود، در اینجا اهمیتی ندارد. به زبان ساده، این روش به جای تمرکز روی یک کلید مشخص، از جزئیات بیشتری که در هدر پیام وجود دارد برای مسیریابی استفاده می‌کند.

مزایای استفاده از RabbitMQ چیست؟

پس از درک اینکه اجزای کلیدی RabbitMQ چیست، حال می‌توانیم به بررسی مزایای آن بپردازیم:

۱. تأیید دریافت پیام

در RabbitMQ، زمانی که یک سیستم یا برنامه پیامی را دریافت می‌کند، باید به طور فعال به RabbitMQ اعلام کند که پیام به درستی دریافت و پردازش شده است. این مرحله حیاتی است، زیرا RabbitMQ از طریق این تاییدیه مطمئن می‌شود که پیام با موفقیت پردازش شده و نیازی به ارسال مجدد آن نیست. حال اگر این تاییدیه ارسال نشود (مثلاً به دلیل یک خطای سیستمی یا مشکل در پردازش)، RabbitMQ به صورت خودکار فرض می‌کند که پیام به مقصد نرسیده است و آن را دوباره برای مصرف‌کننده ارسال می‌کند. این مکانیسم تضمین می‌کند که هیچ پیامی از دست نمی‌رود و هر پیام دقیقاً یک بار پردازش می‌شود، حتی اگر در حین دریافت یا پردازش خطایی رخ داده باشد.

۲. مقیاس‌پذیری و توزیع بار

RabbitMQ قابلیت مقیاس‌پذیری و توزیع بار را به کاربران ارائه می‌دهد. این سیستم می‌تواند به‌صورت یک کلاستر توزیع شده پیاده‌سازی شود، به‌گونه‌ای که با افزودن نود بیشتر به کلاستر، حجم بیشتری از پیام‌ها مدیریت شود. در این حالت، هر گره بخشی از پیام‌ها را پردازش می‌کند و بار کاری به‌طور متعادل بین گره‌ها توزیع می‌شود. این ویژگی به سیستم اجازه می‌دهد که در زمان افزایش ترافیک، با افزودن سرورهای جدید، مقیاس‌پذیرتر شود و بتواند بدون افت عملکرد، به نیازهای کاربران پاسخ دهد.

توزیع بار به این معناست که پیام‌ها به طور خودکار بین گره‌های مختلف در کلاستر تقسیم می‌شوند. این تقسیم بار به بهینه‌سازی استفاده از منابع پردازشی و حافظه کمک می‌کند و از فشار بیش از حد روی یک نود جلوگیری می‌کند. به این ترتیب، سیستم می‌تواند بدون توقف و با کارایی بالا کار کند. علاوه بر این، توزیع بار و استفاده از کلاسترینگ باعث افزایش دسترسی‌پذیری (High Availability) می‌شود؛ به‌گونه‌ای که اگر یک نود از کار بیفتد، نودهای دیگر همچنان به پردازش پیام‌ها ادامه می‌دهند و سیستم به‌طور پایدار به کار خود ادامه می‌دهد.

۳. تبادل پیام‌های مرده

تبادل پیام‌های مرده (Dead letter exchanges) در RabbitMQ مانند یک صندوق امانات برای پیام‌هایی است که نتوانسته‌اند به مقصد برسند یا با خطا مواجه شده‌اند. این مکانیزم به شما امکان می‌دهد تا پیام‌های مشکل‌دار را شناسایی کرده و برای بررسی و رفع خطا نگهداری کنید. با استفاده از این قابلیت، می‌توانید از گم شدن داده‌ها جلوگیری کرده و به بهبود عملکرد سیستم کمک کنید.

۴. امنیت

امنیت در RabbitMQ یعنی اطمینان از اینکه فقط افراد یا برنامه‌های مجاز به پیام‌ها و اطلاعات دسترسی دارند. ابتدا با احراز هویت (Authentication)، مشخص می‌شود چه کسی وارد سیستم می‌شود. سپس با مجوزدهی (Authorization) تعیین می‌شود که هر فرد یا برنامه دقیقاً به کدام بخش‌ها مثل صف‌ها یا تبادل‌ها دسترسی دارد. برای افزایش امنیت، RabbitMQ از پروتکل‌های SSL و TL استفاده می‌کند تا ارتباطات بین کاربر و سرور به صورت کاملاً رمزنگاری‌شده و غیرقابل نفوذ انجام شود. این لایه‌های امنیتی، از نشت داده‌ها و دسترسی‌های غیرمجاز جلوگیری می‌کنند و سیستم را در برابر تهدیدات محافظت می‌کنند.

محدودیت‌های RabbitMQ چیست؟

محدودیت‌های RabbitMQ شامل موارد زیر است:

۱. عدم پشتیبانی از پردازش موازی تعداد بالای پیام‌ها

RabbitMQ به محض ارسال، پیام را از صف حذف می‌کند؛ یعنی اینکه پیام‌ها باید بلافاصله پردازش شوند، چرا که امکان ذخیره‌سازی طولانی‌مدت در سیستم وجود ندارد. همچنین، RabbitMQ توانایی پردازش همزمان تعداد زیادی پیام را ندارد و هر پیام را به صورت جداگانه ارسال می‌کند. در نتیجه، در مواجهه با حجم بالای پیام‌ها، عملکرد این سیستم ممکن است افت کند.

۲. زبان Erlang؛ مانعی در راه عیب‌یابی RabbitMQ

یکی از معایب RabbitMQ این است که با زبان برنامه‌نویسی Erlang نوشته شده است. Erlang یک زبان خاص است که یادگیری و فهم آن برای بسیاری از برنامه‌نویسان ممکن است سخت باشد. به همین دلیل، وقتی یک توسعه‌دهنده می‌خواهد مشکلات RabbitMQ را بررسی و رفع کند، ممکن است درک کدهای آن سخت باشد و نتواند به راحتی متوجه شود که چه چیزی اشتباه است یا چگونه باید آن را تصحیح کند.

۳. تنظیمات پیچیده RabbitMQ

استفاده از RabbitMQ به دلیل پیچیدگی‌های مدیریت تحویل پیام‌ها می‌تواند چالش‌برانگیز باشد. در ظاهر، سیستم‌های پیام‌رسانی مانند RabbitMQ ساده به نظر می‌رسند؛ اما در پس این سادگی، لایه پیچیده‌ای از تنظیمات و پیکربندی‌ها نهفته است که در صورت عدم مدیریت صحیح، می‌تواند به مشکلات جدی منجر شود.

تفاوت‌های RabbitMQ و Kafka

دو فریمورک پیام‌رسانی ربیت ام کیو و آپاچی کافکا از زاویه‌های کاملاً متفاوتی به پیام‌رسانی نگاه می‌کنند و قابلیت‌های آن‌ها بسیار متفاوت است. در این جدول برخی از مهم‌ترین تفاوت‌های آن‌ها را نشان می‌دهیم:

۱. جریان داده (Data Flow)

در RabbitMQ، جریان داده مانند یک مسیر مشخص است: پیام‌ها توسط تولیدکننده (Producer) ایجاد و به سمت مصرف‌کننده (Consumer) ارسال می‌شوند. هر پیام پس از پردازش توسط مصرف‌کننده، حذف می‌شود و دیگر وجود ندارد. به همین دلیل، جریان داده در RabbitMQ محدود و مشخص است؛ یعنی پیام‌ها فقط یک بار ارسال و استفاده می‌شوند.

اما در Kafka، جریان داده به شکل متفاوتی عمل می‌کند: پیام‌ها به شکل جفت‌های کلید-مقدار (Key-Value Pairs) به طور مداوم به یک موضوع (Topic) ارسال می‌شوند. پیام‌ها تا مدت مشخصی در آن موضوع باقی می‌مانند، حتی اگر توسط مصرف‌کنندگان پردازش شوند. مصرف‌کنندگان می‌توانند در هر زمانی پیام‌ها را دریافت کنند، و پیام‌ها تا زمان تعیین شده در سیستم باقی می‌مانند. به همین دلیل جریان داده در Kafka بدون محدودیت است و پیام‌ها به صورت پیوسته جریان می‌یابند و ذخیره می‌شوند.

۲. استفاده از داده (Data Usage)

RabbitMQ برای داده‌های تراکنشی (Transactional Data) مناسب است. این نوع داده‌ها شامل عملیات‌های کوتاه‌مدت و مشخصی هستند که باید سریع انجام شوند، مثل تشکیل و ثبت سفارش‌ها یا درخواست‌های کاربر. به عنوان مثال، وقتی کاربری در یک وب‌سایت سفارش ثبت می‌کند یا یک درخواست به سرور ارسال می‌کند، RabbitMQ این پیام‌ها را مدیریت می‌کند تا فرآیند به‌سرعت و بدون خطا انجام شود.

در حالی که Kafka برای داده‌های عملیاتی (Operational Data) که به شکل مداوم و پیوسته تولید می‌شوند، عملکرد بهتری دارد. این نوع داده‌ها شامل اطلاعاتی مثل عملیات‌های فرآیندها (مثل مانیتورینگ سیستم‌ها)، حسابرسی (Auditing) و فعالیت‌های سیستم است. به عنوان مثال، Kafka برای مانیتورینگ سیستم‌ها یا ثبت گزارش‌های ورود به سیستم (Logs) استفاده می‌شود، چون می‌تواند داده‌های بزرگ و مداوم را به خوبی مدیریت کند و ذخیره کند.

۳. مدل طراحی (Design Model)

در RabbitMQ، واسطه (یا همان «بروکر») مسئول مدیریت پیام‌ها است. یعنی واسطه پیام‌ها را به مصرف‌کننده‌ها (سیستم‌هایی که پیام‌ها را دریافت می‌کنند) ارسال کرده و وضعیت هر پیام را پیگیری می‌کند تا مطمئن شود که پیام‌ها درست دریافت شده‌اند. در Kafka، واسطه کار چندانی انجام نمی‌دهد. به جای اینکه وضعیت پیام‌ها را پیگیری کند، تنها پیام‌ها را برای مدت زمان مشخصی ذخیره می‌کند. در این مدل، مصرف‌کننده‌ها باید خودشان مدیریت کنند که کدام پیام‌ها را خوانده‌اند و کدام پیام‌ها هنوز خوانده نشده است.

۴. توپولوژی (Topology)

در RabbitMQ، پیام‌ها ابتدا به یک تبادل‌کننده ارسال می‌شوند که نقش یک واسط را ایفا می‌کند. این مبادله بر اساس قوانین مشخصی، پیام‌ها را به صف‌های مختلف هدایت می‌کند. هر مصرف‌کننده به یک یا چند صف متصل است و پیام‌های موجود در آن صف‌ها را دریافت می‌کند. این مدل، امکان ایجاد ارتباط‌های پیچیده بین تولیدکنندگان و مصرف‌کنندگان را فراهم می‌کند. در Kafka، پیام‌ها به موضوعات (Topics) مختلف ارسال می‌شوند. سپس مصرف‌کنندگان که در گروه‌های خاصی قرار دارند و مجاز به دریافت پیام‌های آن موضوع هستند، پیام‌ها را دریافت می‌کنند. این مدل بیشتر شبیه به سیستم انتشار/اشتراک (Publish/Subscribe) است، جایی که پیام‌ها منتشر می‌شوند و کاربران مشترک آن‌ها را دریافت می‌کنند.

جمع‌بندی