Обмін повідомленнями та RabbitMQ

Асинхронний обмін повідомленнями

У темі 14 клієнт і сервер спілкувалися безпосередньо: через сокет або виклик gRPC. Такий зв’язок тісний: клієнт має знати адресу сервера, сервер має працювати саме в момент виклику, а якщо він повільний чи перевантажений, клієнт чекає. Обмін повідомленнями (messaging) додає між ними посередника – брокер повідомлень (message broker). Відправник кладе повідомлення в брокер і продовжує роботу, а отримувач забирає його, коли готовий.

Переваги такої слабкої зв’язаності (loose coupling):

• у просторі: відправник не знає, хто і скільки отримувачів обробить повідомлення; нові сервіси підключаються без зміни відправника;
• у часі: отримувач може бути тимчасово вимкнений – повідомлення чекають у черзі;
• за швидкістю: черга буферизує піки навантаження (load levelling). Сайт за хвилину розпродажу приймає 10 000 замовлень, а склад обробляє 50 за секунду – замовлення просто довше лежать у черзі;
• масштабування: щоб обробляти швидше, досить запустити ще кілька отримувачів тієї самої черги.

Ціна – додатковий компонент інфраструктури, затримка доставки й асинхронність: відправник не отримує відповіді одразу, а повідомлення може бути доставлено повторно. Порівняння з прямими викликами наведено в табл. 15.1.

Таблиця 15.1. Прямий виклик і обмін повідомленнями через брокер

Властивість	Прямий виклик (RPC, gRPC, REST)	Брокер повідомлень
взаємодія	синхронна: запит і відповідь	асинхронна: «надіслав і забув» або відповідь окремим повідомленням
доступність отримувача	має працювати в момент виклику	може бути вимкненим, повідомлення чекають
кількість отримувачів	один	один (черга завдань) або багато (публікація–підписка)
пікове навантаження	відмови або таймаути	згладжується чергою
типове застосування	запит даних, коротка операція	фонові завдання, події, інтеграція сервісів

Поширені брокери та платформи: RabbitMQ, Apache ActiveMQ, Apache Kafka (розподілений журнал подій), NATS, хмарні Azure Service Bus і Amazon SQS. У цій темі використано RabbitMQ – один із найпоширеніших брокерів з відкритим кодом.

Архітектура RabbitMQ і модель AMQP 0-9-1

RabbitMQ (https://www.rabbitmq.com/) – брокер повідомлень з відкритим кодом (ліцензія MPL 2.0), написаний мовою Erlang, яку створено для надійних розподілених систем. У вересні 2026 року актуальна серія – 4.3 (випуск 4.3.0 від 23 квітня 2026, виправлення 4.3.6 від 16 вересня 2026; https://www.rabbitmq.com/release-information). Основний протокол RabbitMQ – AMQP 0-9-1 (Advanced Message Queuing Protocol); з версії 4.0 брокер також «рідно» підтримує AMQP 1.0, а плагінами – MQTT, STOMP і власний протокол потоків (streams).

Модель AMQP 0-9-1 (https://www.rabbitmq.com/tutorials/amqp-concepts) складається з таких сутностей (рис. 15.1):

• видавець (publisher, producer) – програма, що надсилає повідомлення;
• повідомлення (message) – тіло (масив байтів: текст, JSON, protobuf) і властивості (properties): тип вмісту, ідентифікатор, пріоритет, заголовки (headers) тощо;
• обмінник (exchange) – «поштове відділення» брокера: видавець надсилає повідомлення не в чергу, а в обмінник разом із ключем маршрутизації (routing key);
• прив’язка (binding) – правило «обмінник → черга» з ключем або шаблоном; за прив’язками обмінник вирішує, у які черги покласти копії повідомлення;
• черга (queue) – упорядкований буфер повідомлень (FIFO), що зберігає їх до обробки;
• споживач (consumer) – програма, яка підписалася на чергу; брокер сам доставляє (push) їй повідомлення.

Рис. 15.1. Взаємодія через брокер повідомлень

Видавець не знає про черги й споживачів, а споживач – про видавців: їх з’єднують лише обмінники й прив’язки, які можна змінювати без зміни коду.

З’єднання та канали

Клієнт відкриває одне тривале TCP-з’єднання (connection) з брокером (порт 5672, з TLS – 5671). Встановлення з’єднання дороге (рукостискання TCP, автентифікація), тому всередині нього створюють легкі канали (channels) – логічні з’єднання, мультиплексовані в одному TCP-потоці (https://www.rabbitmq.com/docs/channels). Кожна операція протоколу (оголосити чергу, опублікувати, підтвердити) виконується в каналі. Типово дозволено до 2047 каналів на з’єднання. Правило: одне з’єднання на процес, окремий канал для кожного незалежного видавця чи споживача. Помилка протоколу (наприклад, звернення до неіснуючої черги) закриває канал, а не з’єднання.

Віртуальні хости, користувачі й права

Віртуальний хост (virtual host, vhost) – ізольований простір імен усередині брокера: власні обмінники, черги, права (https://www.rabbitmq.com/docs/vhosts). Типовий vhost – /. Так один брокер обслуговує кілька застосунків або навчальних груп. Користувач має пароль і права в кожному vhost (https://www.rabbitmq.com/docs/access-control): три регулярні вирази для дій configure (створювати й вилучати сутності), write (публікувати) і read (споживати). Вбудований користувач guest (пароль guest) типово може підключатися лише з localhost; у контейнері Docker (наступний розділ) з’єднання з Windows через проброшений порт також приймаються.

Метадані брокера (vhost, користувачі, черги, прив’язки) зберігає сховище Khepri на основі алгоритму консенсусу Raft; з версії 4.3 це єдине сховище метаданих (https://www.rabbitmq.com/docs/metadata-store).

Розгортання RabbitMQ і засоби керування

На лабораторних ПК RabbitMQ запускають у Docker Desktop з офіційного образу (https://hub.docker.com/_/rabbitmq); докладно контейнери розглянуто в темі 17. Образ з тегом 4-management містить останню версію серії 4 (у вересні 2026 – 4.3.6) з увімкненим плагіном вебконсолі:

docker run -d --name rabbit --hostname rabbit `
    -p 5672:5672 -p 15672:15672 `
    -v rabbit-data:/var/lib/rabbitmq rabbitmq:4-management
docker ps          # STATUS: Up …, PORTS: 0.0.0.0:5672->5672/tcp …
docker logs rabbit # … Server startup complete

Параметр -p 5672:5672 відкриває порт AMQP, -p 15672:15672 – порт вебконсолі. Том rabbit-data зберігає дані брокера (стійкі черги, повідомлення, користувачів) між перестворенням контейнера, а фіксоване ім’я вузла --hostname rabbit потрібне, бо RabbitMQ зберігає дані в теці з іменем вузла. Перевірено: vhost, створений у першому контейнері, залишився в новому контейнері з тим самим томом. Запуск триває кілька секунд (рис. 15.2). Зупинка й повторний запуск – docker stop rabbit, docker start rabbit. На сервері Ubuntu брокер встановлюють з apt-репозиторіїв команди RabbitMQ (https://www.rabbitmq.com/docs/install-debian).

Знімок екрана

Windows Terminal: the docker run … rabbitmq:4-management command above, then docker ps showing container rabbit, image rabbitmq:4-management, status Up, ports 5672 and 15672

Рис. 15.2. Запуск RabbitMQ у контейнері Docker

Вебконсоль керування

Вебконсоль (https://www.rabbitmq.com/docs/management) відкривають у браузері за адресою http://localhost:15672 (користувач guest, пароль guest). Вкладки: Overview (версія, графіки швидкості повідомлень, кількість з’єднань і черг), Connections, Channels, Exchanges, Queues and Streams (вміст і споживачі кожної черги, кнопки Publish message, Get messages, Purge), Admin (користувачі, vhost, політики) (рис. 15.3).

Знімок екрана

Browser http://localhost:15672 after login guest/guest → Overview while the Orders example runs: RabbitMQ 4.3.6, Erlang 27, Queued messages and Message rates charts, Global counts, node rabbit@rabbit

Рис. 15.3. Вебконсоль керування RabbitMQ

Утиліти командного рядка

Утиліти брокера запускають усередині контейнера командою docker exec (https://www.rabbitmq.com/docs/cli): rabbitmqctl керує сутностями, rabbitmq-diagnostics перевіряє стан вузла, rabbitmq-plugins вмикає плагіни. Приклад: окремий vhost і користувач для навчальної групи.

docker exec rabbit rabbitmq-diagnostics ping    # Ping succeeded
docker exec rabbit rabbitmqctl add_vhost pi-41
docker exec rabbit rabbitmqctl add_user student 'S3cret!'
docker exec rabbit rabbitmqctl set_permissions -p pi-41 `
    student '.*' '.*' '.*'
docker exec rabbit rabbitmqctl list_queues name type messages
docker exec rabbit rabbitmq-plugins list -e      # увімкнені плагіни

Три вирази '.*' дають користувачу всі права configure, write, read у vhost pi-41. Команда list_queues виводить таблицю черг з типом і кількістю повідомлень (стовпці можна додавати: consumers, messages_unacknowledged).