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Systèmes DistribuésMessage-Oriented Middleware
Louis-Claude [email protected]
Bureau 414C
Master 2 informatique – Semestre 9
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 1 / 71
Plan
Introduction
JMS 2.0
AMQP 0-9-1
ZeroMQ
Perspectives et bibliographie
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 2 / 71
Introduction
Plan
Introduction
JMS 2.0
AMQP 0-9-1
ZeroMQ
Perspectives et bibliographie
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 3 / 71
Introduction
Principe de la communication indirecte
I Les échanges se font par l’intermédiaire d’une structure spécifique : unport, une file, un canal, . . .
I Le flux de communication est géré par un intergiciel.I Assure un couplage faible entre les composants d’une application
distribuée (plus de souplesse/flexibilité).
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 4 / 71
Introduction
Intergiciel (middleware)
I Couche logicielle intermédiaire située entre l’application et le systèmed’exploitation de la machine.
I Sert à concevoir, développer et déployer une application répartie.I Un MOM (intergiciel orienté message) gère les échanges entre les
composants distribués.
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 5 / 71
Introduction
Services additionnels des MOMs
I Transaction : envois et réceptions groupés.I Persistence : retransmission des messages en cas de panne.I Multicast : communication de groupe.I Trace des échanges (log).I Gestion des droits d’accès.I Transparence des échanges : protocole de communication facilitant
l’encapsulation d’objets ou d’autres données typées.
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 7 / 71
Introduction
Contexte applicatif
I Application de type workflow (gestion de flux) : desdocuments/informations/tâches sont transmis de participant enparticipant suivant une procédure donnée.
I Exemple : application web gérant la commande d’un client.I Stocker la commande dans un système géré par un tiers (audit).I Envoyer un mail de confirmation au client.I Transmettre les informations liées à la commande au système
d’expédition.
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 8 / 71
JMS 2.0
Plan
Introduction
JMS 2.0
AMQP 0-9-1
ZeroMQ
Perspectives et bibliographie
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 10 / 71
JMS 2.0
Architecture de l’interface JMS
I Fournisseur JMS (provider) : système de messagerie.I Clients JMS : composants produisant et consommant des messages.I Messages : contient les informations communiquées entre les clients.I Objets administrés : objets JMS configurés par un administrateur.
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 11 / 71
JMS 2.0
Styles de communication
I Communication point-à-point :I Les messages transitent par une file (queue).I Chaque message n’a qu’un seul consommateur.I Le récepteur peut consommer le message même s’il était hors-ligne
lorsque ce dernier a été émis.I Communication publication/abonnement (publish/subscribe) :
I Les messages transitent par un sujet (topic).I Chaque message peut avoir plusieurs consommateurs.I Un client qui s’abonne à un sujet ne peut consommer que les messages
émis après l’abonnement.
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 13 / 71
JMS 2.0
Consommation des messages
I Synchrone : un consommateur peut explicitement recevoir un messagede la destination avec la méthode bloquante receive.
I Asynchrone : une application peut enregistrer un listener avec unconsommateur. Lorsqu’un message sera reçu, la méthode onMessagesera appelée.
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JMS 2.0
Séquence des messages en mode synchroneProducteur MOM Consommat.
send
receive
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 17 / 71
JMS 2.0
Séquence des messages en mode asynchroneProducteur MOM Consommat.
setMessageListener
send
onMessage
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 18 / 71
JMS 2.0
Objets principaux
Objets administrés Les fabriques (connection factories) et les destinations.Connections Représente un socket TCP/IP.
Sessions Représente un ensemble d’échanges suivant un mode donné.JMSContext Regroupe une connexion et une session.Producteurs de messages Envoie des messages.Consommateurs de messages Reçoit des messages.
Messages Information échangée.
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 19 / 71
JMS 2.0
Objets administrésConnection factoriesI Permet de créer une connexion auprès d’un fournisseur.I Injection JNDI.
@Resource(lookup = "java:comp/DefaultJMSConnectionFactory")private static ConnectionFactory connectionFactory;
DestinationsI Représente soit des files, soit des sujets.
@Resource(lookup = "jms/MyQueue")private static Queue queue;
@Resource(lookup = "jms/MyTopic")private static Topic topic;
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 21 / 71
JMS 2.0
Connexion et session
I Connexion : peut représenter un seul socket TCP/IP et est associé àune ou plusieurs sessions.
I Session : contexte pour envoyer et recevoir des messages. Permet degrouper les échanges au sein d’une transaction.
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 22 / 71
JMS 2.0
JMSContext
I Combine une connexion et une session.I Permet de créer des producteurs et des consommateurs de messages,
des messages et des destinations temporaires.
JMSContext context = connectionFactory.createContext();context.close();
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 23 / 71
JMS 2.0
JMSProducer
I Nécessaire pour l’envoi d’un message.I Objet léger, peut être recréé à chaque utilisation.
context.createProducer().send(dest, message);
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 24 / 71
JMS 2.0
JMSConsumer et réception synchrone
I Nécessaire pour la réception d’un message.I Possibilité de donner une échéance en argument.
JMSConsumer consumer = context.createConsumer(dest);Message m = consumer.receive();
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 25 / 71
JMS 2.0
JMSConsumer et réception asynchrone
I Un listener doit implémenter l’interface MessageListener quicontient une méthode, onMessage.
I La méthode onMessage est invoquée à la réception de chaquemessage.
MessageListener myListener = new MessageListener();consumer.setMessageListener(myListener);
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 26 / 71
JMS 2.0
JMSConsumer et sélecteur de messages
I Les messages reçus peuvent être filtrés.I Syntaxe basée sur un sous-ensemble de SQL92.I La sélection se fait sur les propriétés des messages.
message = session.createTextMessage();message.setStringProperty("NewsType", "Sports");
String sel = "NewsType = 'Sports' OR NewsType = 'Opinion'";JMSConsumer consumer = context.createConsumer(dest, sel);
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 27 / 71
JMS 2.0
JMSConsumer et sujet
I Pas de différence avec les files dans la syntaxe.I Tous les messages reçus lors d’une déconnexion sont perdus.
JMSConsumer consumer = context.createConsumer(dest);
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 28 / 71
JMS 2.0
JMSConsumer et sujet durable
I Tous les messages reçus lors d’une déconnexion sont conservés.I Permet de réutiliser une inscription grâce à son identifiant.I La désinscription devient nécessaire.
String subName = "MySub";JMSConsumer consumer = context.createDurableConsumer(dest, subName);context.unsubscribe(subName);
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JMS 2.0
JMSConsumer et sujet partagé
I Les messages seront répartis entre ceux qui ont participé à l’inscription.
String subName = "MySub";JMSConsumer consumer = context.createSharedConsumer(dest, subName);
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 32 / 71
JMS 2.0
Messages JMS
Contient trois parties :En-tête Ensemble de champs possédant des valeurs déterminées par le
client ou le fournisseur.Propriétés Champs spécifiés par l’application et servant aux sélecteurs.
Corps 6 types différents.
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 33 / 71
JMS 2.0
En-tête des messages JMS
Champ Description Défini parJMSDestination Destination du message. fournisseurJMSPriority Priorité du message. fournisseurJMSMessageID Identifiant du message. fournisseur
JMSTimestamp La date de réception du message parle fournisseur. fournisseur
JMSCorrelationID L’identifiant du message relatif. applicationJMSReplyTo Destination à utiliser pour la réponse. application. . .
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 34 / 71
JMS 2.0
Corps des messages JMS
Type DescriptionTextMessage Une chaîne de caractères.MapMessage Un ensemble de paires clé-valeur.BytesMessage Un flot de données binaires.StreamMessage Un flot de données primitives.ObjectMessage Un objet sérialisé.Message Ne contient rien.
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 35 / 71
JMS 2.0
Exceptions JMS
IllegalStateException // file créée sur un TopicSessionInvalidDestinationException // mauvaise destinationInvalidSelectorException // problème de syntaxe du sélecteur...
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 36 / 71
JMS 2.0
Exemple d’échange d’une chaîne de caractères
String message = "This is a message";TextMessage m = context.createTextMessage();m.setText(message);context.createProducer().send(dest, m);
JMSConsumer consumer = context.createConsumer(dest);Message m = consumer.receive();if (m instanceof TextMessage) {
String message = m.getBody(String.class);System.out.println("Reading message: " + message);
} else {// Handle error or process another message type
}
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 38 / 71
JMS 2.0
Exemple simplifié
String message = "This is a message";context.createProducer().send(dest, message);
JMSConsumer consumer = context.createConsumer(dest);String message = consumer.receiveBody(String.class);
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 39 / 71
JMS 2.0
Mode de session
AUTO_ACKNOWLEDGE Un accusé de réception est transmis automatiquementà chaque réception.
CLIENT_ACKNOWLEDGE Un accusé de réception est transmis lors de l’appelà la méthode acknowledge.
DUPS_OK_ACKNOWLEDGE Un accusé de réception est transmisparesseusement (un message peut être reçu plusieurs fois).
TRANSACTED Spécifie que la session est en mode transactionnel.
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 40 / 71
JMS 2.0
Transaction
I Permet de grouper l’envoi et la réception de messages en les terminantpar l’appel de la méthode commit. Exemples :I Un client envoie deux messages mais ne souhaite pas qu’en cas de
défaillance (du client), seul le premier soit reçu par le fournisseur.I Un client reçoit deux messages mais ne souhaite pas qu’en cas de
défaillance (du client), seul le premier soit reçu et traité.I On annule une transaction par l’appel de la méthode rollback.I Il ne faut pas grouper un envoi et une réception qui soit en attente
d’une réponse du message envoyé. Cela provoque un interblocage.
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 41 / 71
JMS 2.0
Persistance
I Les messages peuvent être persistants ou non. Seul un messagepersistant survit à la défaillance du fournisseur.
I La durabilité est une propriété liée à un abonnement alors que lapersistance est une propriété liée à un message.
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 42 / 71
JMS 2.0
Spécificités de JMS 1.1
I API plus complexe et moins flexible.I N’exploite pas les propriétés récentes du langage Java.I Rétrocompatible.I Les classes JMSContext, JMSProducer et JMSConsumer n’existent
pas.
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 43 / 71
JMS 2.0
Envoi d’un message (JMS 1.1)
public void sendMessageJMS11(ConnectionFactory connFactory,Queue queue, String text) {
try {Connection conn = connFactory.createConnection();try {
Session session = conn.createSession(false,Session.AUTO_ACKNOWLEDGE);
MessageProducer msgProducer= session.createProducer(queue);
TextMessage textMsg = session.createTextMessage(text);msgProducer.send(textMsg);
} finally {conn.close();
}} catch (JMSException ex) {// handle exception (details omitted)
}}
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 44 / 71
JMS 2.0
Envoi d’un message (JMS 2.0)
public void sendMessageJMS20(ConnectionFactory connFactory,Queue queue, String text) {
try (JMSContext context = connFactory.createContext()) {context.createProducer().send(queue, text);
} catch (JMSRuntimeException ex) {// handle exception (details omitted)
}}
I JMSContext regroupant Connection et Session.I Construction try-with-resources de Java 7.I Construction du TextMessage automatique.I Un JMSProducer n’est pas associé à une destination.
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 45 / 71
JMS 2.0
Réception d’un message (JMS 1.1)public String rcvMessageJMS11(ConnectionFactory connFactory,
Queue queue){String body = null;try {
Connection conn = connFactory.createConnection();try {
Session session = conn.createSession(false,Session.AUTO_ACKNOWLEDGE);
MessageConsumer msgConsumer= session.createConsumer(queue);
conn.start();TextMessage textMsg
= (TextMessage)msgConsumer.receive();body = textMsg.getText();
} finally {conn.close();
}} catch (JMSException ex) {// handle exception (details omitted)
}return body;
}
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 46 / 71
JMS 2.0
Réception d’un message (JMS 2.0)
public String rcvMessageJMS20(ConnectionFactory connFactory,Queue queue){
String body=null;try (JMSContext context = connFactory.createContext()) {
JMSConsumer consumer = context.createConsumer(queue);body = consumer.receiveBody(String.class);
} catch (JMSRuntimeException ex) {// handle exception (details omitted)
}return body;
}
I Pas d’appel à context.start().I Un JMSConsumer est associé à une destination.
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 47 / 71
JMS 2.0
Création de session
JMS 1.1 :Session createSession(boolean transacted,
int acknowledgeMode)throws JMSException;
// Session.AUTO_ACKNOWLEDGE, Session.CLIENT_ACKNOWLEDGE ou// Session.DUPS_OK_ACKNOWLEDGE
JMS 2.0 :JMSContext createContext(int sessionMode) throws JMSException;// JMSContext.AUTO_ACKNOWLEDGE, JMSContext.CLIENT_ACKNOWLEDGE,// JMSContext.DUPS_OK_ACKNOWLEDGE ou JMSContext.TRANSACTED
JMSContext createContext() throws JMSException;
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 48 / 71
JMS 2.0
Délai de délivrance
JMS 1.1 :try (Connection conn = connFactory.createConnection()) {
Session session = conn.createSession();MessageProducer msgProducer
= session.createProducer(queue);msgProducer.setDeliveryDelay(20000);TextMessage textMsg = session.createTextMessage("Hello");msgProducer.send(textMsg);
}
JMS 2.0 :try (JMSContext context = connFactory.createContext()) {
context.createProducer().setDeliveryDelay(20000).send(queue,"Hello world");
}
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 49 / 71
JMS 2.0
Caractéristiques clés de JMS
I Couplage faible entre les participants (ils n’ont pas tous besoin d’êtreconnectés au même moment).
I Fiabilité (durable, persistent).I Performance (distribution de la charge, débit important).
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 50 / 71
AMQP 0-9-1
Plan
Introduction
JMS 2.0
AMQP 0-9-1
ZeroMQ
Perspectives et bibliographie
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 51 / 71
AMQP 0-9-1
JMS et AMQP
AMQPProtocole réseau (wire-level) pour l’échange de messages sur des files :I Définit des règles sur les valeurs binaires échangées.I Indépendance vis-à-vis des vendeurs.
JMSInterface de programmation (coté client) :I Définit les fonctions permettant de contrôler le middleware.I Les clients et le serveur JMS doivent utiliser la même implémentation.I Le même code pourra être utilisé avec n’importe quelle implémentation.
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 52 / 71
AMQP 0-9-1
File
Même fonctionnement pour les files qu’avec JMS :
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 53 / 71
AMQP 0-9-1
Exchange
Distinction entre les exchanges (point d’arrivé des messages) et les files(point de retrait) :
Les exchanges sont liés aux files par des bindings.
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 54 / 71
AMQP 0-9-1
Types d’exchanges
Trois types : fanout (équivalent des sujets JMS), direct (sujets JMS avecfiltres) et topic (sujets JMS avec filtres avancés).
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 55 / 71
AMQP 0-9-1
RPC
Réaliser une invocation à distance avec une file :
AvantagesI Répartition de la charge (rajouter des consommateurs).I Pas besoin d’annuaire.I Répartition des fonctions sur différents serveurs (filtres).
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 56 / 71
AMQP 0-9-1
Concepts et équivalence JMS
File Stocke les messages en attente d’être consommés (file).Exchange Point d’entré des messages.Bindings Relie une file à un exchange.
Vhost Séparation virtuelle entre différents ensembles de files etd’exchanges.
Connection Socket TCP/IP après authentification (Connection).Channel Regroupe un ensemble d’échanges (Session).Durable Propriété d’une file ou d’un exchange (persistent).
Persistent Propriété d’un message (persistent).
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 57 / 71
ZeroMQ
Plan
Introduction
JMS 2.0
AMQP 0-9-1
ZeroMQ
Perspectives et bibliographie
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 58 / 71
ZeroMQ
Particularités
I Communication directe et indirecte : on manipule des sockets, mais onpeut facilement simuler un fournisseur.
I Bilan des solutions lors du développement d’une application distribuée :I La laisser centralisée (ne passe pas à l’échelle).I La distribuer en utilisant directement des sockets TCP/IP (bas niveau,
nécessité de réimplémenter de nombreuses fonctionnalités).I Stocker les données dans des bases de données (inadapté pour des
échanges dynamiques).I Utiliser un fournisseur JMS ou AMQP (coût d’administration).
I Objectif : fournir une solution haut-niveau pour les projets modestesavec un coût de performance et d’administration minimal.I Couplage faible (les machines peuvent se connecter après l’envoi d’un
message).I Schémas de communication (multicast).I Sans fournisseur.
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 59 / 71
Perspectives et bibliographie
Plan
Introduction
JMS 2.0
AMQP 0-9-1
ZeroMQ
Perspectives et bibliographie
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 60 / 71
Perspectives et bibliographie
Historique de JMS
I JMS 1.0 (2001).I JMS 1.1 (2002).I JMS 2.0 inclus dans Java EE 7 (avril/mai 2013).
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 61 / 71
Perspectives et bibliographie
Implémentations pour JMS
Les plus populaires et les plus performantes
Apache ActiveMQ JMS 1.1.HornetQ (JBoss) JMS 1.1, JMS 2.0 (depuis le 16 décembre 2013). Devient
Apache ActiveMQ Artemis en 2014.
Autres implémentations connues
JORAM JMS 1.1, JMS 2.0 (depuis le 2 octobre 2013).OpenMQ (GlassFish) Implémentation de référence de Oracle.
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 62 / 71
Perspectives et bibliographie
Historique d’AMQP
Advanced Message Queuing Protocol :I 0-8 (juin 2006)I 0-9 (décembre 2006)I 0-10 (février 2008)I 0-9-1 (novembre 2008)I 1.0 (octobre 2011)I Standard OASIS (octobre 2012)I Standard ISO/IEC (avril 2014)
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Perspectives et bibliographie
RabbitMQ
I Implémentation la plus populaire d’AMQP.I Écrit en Erlang.I Supporte les versions 0-8, 0-9 et 0-9-1.
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 64 / 71
Perspectives et bibliographie
Historique récapitulatif
2001
2001
2002
2002
2003
2003
2004
2004
2005
2005
2006
2006
2007
2007
2008
2008
2009
2009
2010
2010
2011
2011
2012
2012
2013
2013
2014
2014
2015
2015
2016
2016
2017
2017
2018
2018
•1.0JMS •1.1 •2.0
•0-8AMQP •0-9 •0-9-1
•0-10
•1.0
•0.3
ZeroMQ •1.0
•2.0
•3.0
•4.0
•ZMTP/1.0
•2.0 •3.0 •3.1
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 65 / 71
Perspectives et bibliographie
Récapitulatif sur les implémentations
Standard/vendeur Implémentation principaleIBM WebSphere MQTIBCO Enterprise Message ServiceJMS 1.1 Apache ActiveMQJMS 2.0 Apache ActiveMQ ArtemisAMQP 0-9-1 RabbitMQAMQP 0-10/1.0 Apache QPidZMTP ZeroMQ
Et aussi Sparrow, Starling, Kestrel, Beanstalkd, SQS, Apache Kafka,EagleMQ, IronMQ, . . .
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 66 / 71
Perspectives et bibliographie
Documentation officielle
I Documentation de l’interface JMS 2.0I Spécification JMS 2.0I Tutoriel sur les conceptsI Tutoriel sur les exemplesI Code des exemples des tutoriels
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 67 / 71
Perspectives et bibliographie
Java Message Service, seconde édition, 2009
N’aborde pas la version 2.0.
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 68 / 71
Perspectives et bibliographie
RabbitMQ in Action, 2012
Spécifique à l’implémentationdominante du protocole, AMQP0-9-1. Assez complémentaire avec ladocumention en ligne.
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 69 / 71
Perspectives et bibliographie
ZeroMQ, 2013
Reprend essentiellement le guideZeroMQ accessible en ligne.
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 70 / 71
Perspectives et bibliographie
Discussions sur des questions liées
I Real world use of JMS/message queues?I In which domains are message oriented middleware like AMQP useful?I What is Java Message Service (JMS) for?I ActiveMQ Use CasesI Should you use JMS in your next enterprise application?I Why should I use JMS and not RMI+Queue?I Message Queue vs. Web Services?
Louis-Claude Canon SD – Message-Oriented Middleware 71 / 71