Die Rolle von Message Brokern in modernen Anwendungen
Heutzutage werden Applikationen immer komplexer, was Entwickler vor stetig wachsende Herausforderungen stellt. Sie müssen sich mit zeit- und ressourcenintensiven Prozessen auseinandersetzen. Die Kommunikation zwischen verschiedenen Diensten und die Handhabung großer Datenmengen sind nur einige der Aufgaben, die täglich anfallen. Glücklicherweise gibt es neue Technologien, die diese Probleme angehen, und eine davon sind Message Broker.
Message Broker erlauben es Netzwerklösungen, Nachrichten auszutauschen und miteinander zu kommunizieren. Lassen Sie uns diese grundlegende Technologie genauer betrachten.
Was ist ein Message Broker?
Ein Message Broker ist ein Softwarewerkzeug, das den Datenaustausch zwischen Diensten und Applikationen ermöglicht. Sie stellen einen gemeinsamen Integrationsmechanismus dar und sind für Cloud-basierte, serverlose, Microservices-basierte und hybride Architekturen von großer Bedeutung.
Ein Message Broker bewältigt diese Aufgabe, indem er Nachrichten zwischen verschiedenen Messaging-Protokollen konvertiert. Dadurch können voneinander abhängige Dienste, unabhängig von den verwendeten Programmiersprachen, sofort miteinander kommunizieren.
Wie funktionieren Message Broker?
Message Broker können Nachrichten sichern, archivieren, weiterleiten und an die vorgesehenen Empfänger senden. Sie agieren als Vermittler zwischen unterschiedlichen Applikationen und ermöglichen es Absendern, Nachrichten zu senden, ohne den genauen Standort, den Aktivitätsstatus oder die Anzahl der Empfänger kennen zu müssen.
Message Broker nutzen häufig sogenannte Nachrichtenwarteschlangen, um eine zuverlässige Speicherung und sichere Zustellung der Nachrichten zu garantieren. Die Nachrichtenwarteschlange speichert und indexiert Nachrichten, bis die Empfänger-Applikationen diese verarbeiten können. Nachrichten werden in der Reihenfolge ihres Eingangs in der Warteschlange gehalten, bis der Empfang bestätigt wird.
Um die Funktionsweise eines Message Brokers besser zu verstehen, betrachten wir einige seiner Kernkonzepte:
- Der Produzent (Producer) ist eine Schnittstelle, die direkt mit dem Message Broker kommuniziert, um Nachrichten zur Verteilung zu senden.
- Ein Konsument (Consumer) ist eine Instanz, an die die Nachricht zugestellt werden soll und die Daten vom Message Broker anfordert. Diese werden auch als Abonnenten bezeichnet.
- Die Warteschlange (Queue) oder das Thema (Topic) sind Datentypen, die Message Broker zur Speicherung von Nachrichten verwenden. Sie ähneln Ordnern auf einem Computer und arbeiten nach dem FIFO-Prinzip (First In, First Out).
- Ein Exchanger ist eine logische Entität, die die Warteschlangen verwaltet und Nachrichtengruppen organisiert, um den Verbrauchern einen effizienten Austausch von Nachrichten zu ermöglichen.
Die Kommunikation über einen Message Broker basiert im Wesentlichen auf zwei Kommunikationsmustern: dem Punkt-zu-Punkt-Messaging und dem Publish/Subscribe-Messaging.
Punkt-zu-Punkt-Messaging: In diesem Muster, das bei Nachrichtenwarteschlangen verwendet wird, ist der Sender genau einem Empfänger zugeordnet. Jede Nachricht wird nur einmal gelesen und nur an einen einzigen Empfänger gesendet.
Das Punkt-zu-Punkt-Messaging findet beispielsweise in der Gehaltsabrechnung und der Finanztransaktionsverarbeitung Anwendung, wo sichergestellt sein muss, dass jede Zahlung nur einmal erfolgt. Wenn ein Empfänger offline ist, speichert der Broker die Nachricht in der Warteschlange und stellt sie später zu.
Publish/Subscribe-Messaging: Bei diesem Muster weiß der Erzeuger nicht, wer die Nachricht empfangen wird. Er sendet die Nachricht an ein Thema, und alle Applikationen, die dieses Thema abonniert haben, erhalten jede gesendete Nachricht.
Hier besteht eine Eins-zu-Viele-Beziehung zwischen Erzeuger und Konsument. Dieses Muster findet häufig in ereignisgesteuerten Architekturen Anwendung, in denen Applikationen keine Abhängigkeiten zueinander aufweisen.
Nachfolgend ist der Lebenszyklus einer Nachrichtenübertragung über einen Message Broker aufgeführt:
- Der Prozess beginnt mit dem Senden von Nachrichten an ein oder mehrere Ziele.
- Die Nachrichten werden in ein anderes Modell konvertiert.
- Nachrichten werden in kleinere Teile aufgeteilt, an den Verbraucher gesendet, und die Antworten werden gesammelt und in einer einzigen Antwortnachricht zusammengefasst.
- Ein externer Speicher wird verwendet, um Nachrichten zu speichern oder hinzuzufügen.
- Die notwendigen Daten werden über Webdienste abgerufen.
- Bei Fehlern oder Problemen mit Nachrichten werden entsprechende Antworten gesendet.
- Das Publish/Subscribe-Muster wird verwendet, um Nachrichten basierend auf dem Inhalt und dem Thema weiterzuleiten.
Vorteile des Einsatzes von Message Brokern
Hier sind die wichtigsten Vorteile des Einsatzes von Message Brokern in Netzwerken:
- Produzenten und Konsumenten können Nachrichten austauschen, unabhängig davon, ob der andere online ist. Ein Message Broker liefert die Nachricht, sobald der Empfänger aktiv ist.
- Message Broker garantieren die Zustellung der Nachricht in jeder Situation. Der Bestätigungsmechanismus informiert den Erzeuger über die erfolgreiche Zustellung, was die Technologie äußerst zuverlässig macht.
- Die asynchrone Verarbeitung ermöglicht es, ressourcenintensive Aufgaben an verschiedene Prozesse zu delegieren. Dies führt zu einer beschleunigten Applikation und verbessert die Benutzererfahrung.
- Message Broker liefern Nachrichten erneut, die aufgrund von Fehlern nicht zugestellt werden konnten. Die Wiederholung kann sofort oder zu einem späteren Zeitpunkt erfolgen. Wenn Nachrichten auch nach wiederholten Versuchen nicht zugestellt werden können, werden sie an den Erzeuger zurückgegeben.
Im Folgenden stellen wir einige der bekanntesten Message Broker vor, die Sie für die Kommunikation zwischen modernen Apps verwenden können.
Memphis
Memphis ist ein Open-Source-Message Broker, der speziell für Entwickler konzipiert wurde, um ihn in In-App-Streaming-Anwendungen einzusetzen. Er ist einfach zu implementieren und skaliert Ihre datengesteuerte Applikation innerhalb weniger Sekunden.
Die Entwickler haben Wert darauf gelegt, dass Benutzer die Vorteile anderer Message Broker sowie zusätzliche Funktionen von Memphis nutzen können. Dieser Broker verwendet die Funktionalitäten des NATS-Kerns und bietet automatische Optimierungstechniken, Schemaverwaltung, Inline-Verarbeitung und Debugging-Funktionen.
Dieser Community-basierte Message Broker bietet eine benutzerfreundliche Oberfläche, die vollständig optimiert wurde, um eine hervorragende Leistung zu liefern. Memphis umfasst eine CLI und SDKs für Node.JS, Go, Python, Typescript und NestJS, was es Entwicklern erlaubt, die Message-Broker-Funktionen in ihre Plattform zu integrieren.
Er bietet auch eine Funktion für unzustellbare Nachrichten mit automatischen Wiederholungsfunktionen, um über unverarbeitete Nachrichten zu informieren.
Hauptmerkmale von Memphis:
- Läuft auf Kubernetes, was eine vollständige Hardwareabstraktion für Skalierung, Upgrades, Neustarts usw. ermöglicht.
- Das Debugging von nicht verbrauchten Nachrichten ist einfach, da der Datenpfad jeder Nachricht zugänglich ist.
- Die intuitive UI und CLI sind für Dateningenieure hilfreich, um Fehler in Echtzeit zu beheben.
- Umfasst eine einzigartige Schemaverwaltung und Inline-Transformationsfunktionen.
RabbitMQ
RabbitMQ wurde 2007 veröffentlicht und ist einer der beliebtesten Message Broker weltweit. Er wurde in der Programmiersprache Erlang geschrieben und ist äußerst ressourcenschonend. Er kann sowohl in Cloud- als auch in On-Premise-Setups eingesetzt werden.
RabbitMQ ist sehr zuverlässig und intuitiv. Die benutzerfreundliche Oberfläche ermöglicht es Applikationen, Nachrichten auszutauschen und den Message Broker einfach zu steuern. Dieser leistungsstarke Broker ist mit vielen Entwicklungsplattformen kompatibel und unterstützt diverse Nachrichtenprotokolle. Er kann problemlos in verteilten und föderierten Konfigurationen bereitgestellt werden, um anspruchsvolle Anforderungen zu erfüllen.
Der Message Broker ist interoperabel und funktioniert auf verschiedenen Betriebssystemen, Cloud-basierten Plattformen und Entwicklertools. Zu den wichtigsten unterstützten Sprachen gehören Java, .NET, PHP, Python, JavaScript, Ruby und Go. Er verfügt über viele Funktionen und unterstützt Plugins, die die Integration und Interaktion mit anderen Systemen erleichtern.
Als Open-Source-Message Broker ist RabbitMQ kostenlos erhältlich. Eine kommerzielle Version ist ebenfalls gegen eine Abonnementgebühr verfügbar.
Apache Kafka
Als Nächstes betrachten wir Apache Kafka, einen robusten Message Broker, der einen höheren Durchsatz, integrierte Partitionierung, Replikation und Fehlertoleranz bietet als andere Message Broker. Kafka nutzt die verteilte Systemtechnik, die das TCP-Protokoll für die Kommunikation zwischen Clients und Servern verwendet.
Dies garantiert eine schnelle Leistung und macht Kafka zu einer idealen Lösung für Kommunikationsanforderungen umfangreicher Nachrichtenverarbeitungsanwendungen.
Apache Kafka kann sowohl in lokalen als auch in Cloud-basierten Systemen eingesetzt werden und funktioniert einwandfrei auf Bare-Metal-Systemen, virtuellen Maschinen und Containern. Er wird hauptsächlich dann eingesetzt, wenn es notwendig ist, die Verarbeitung und die Datenproduzenten zu isolieren, nicht zugestellte Nachrichten zu puffern und in ähnlichen Situationen.
Dieser Open-Source-Message Broker wurde ursprünglich entwickelt, um Website-Aktivitäten zu verfolgen und große Datenmengen zu speichern. Seine Fähigkeit, große Datenmengen in einem verteilten und fehlertoleranten Cluster zu speichern, macht ihn zu einer idealen Wahl für große Technologieunternehmen. Kafka kann Event-Streaming, Pipelining und Datenwiedergabe in Echtzeit, die in schnellen Betriebsszenarien erforderlich sind, effizient verwalten.
Apache ActiveMQ
Apache ActiveMQ ist ein in Java geschriebener Open-Source-Message Broker, der die Einrichtung und Wartung für Sie übernimmt und so Ihre Arbeitslast reduziert.
Er unterstützt alle wichtigen Standardprotokolle, die in der Branche verwendet werden, und ermöglicht eine nahtlose Integration mit verschiedenen Plattformen unter Verwendung des bekannten AMQP-Protokolls.
Ebenso vereinfacht das STOMP-Protokoll den Nachrichtenaustausch zwischen Webanwendungen über WebSockets, und das MQTT-Protokoll ermöglicht den Nachrichtenaustausch zwischen IoT-Geräten.
Er ist mit zahlreichen plattformübergreifenden Plattformen und Clients kompatibel, die in verschiedenen Sprachen geschrieben wurden, darunter JavaScript, C, C++, Python, .Net und mehr.
Er unterstützt erweiterte Funktionen wie Nachrichtengruppen, kombinierte Warteschlangen und Clustering, um nur einige zu nennen. ActiveMQ ist sehr flexibel und vielseitig, um es schnell in verschiedenen Messaging-Anwendungsfällen zu implementieren.
ActiveMQ ist in zwei Varianten erhältlich: dem „klassischen“ Broker und der erweiterten Version, die als Artemis bekannt ist.
Classic ActiveMQ basiert auf einer flexiblen Plug-in-Architektur und ist mit mehreren Generationen von Messaging-Applikationen kompatibel. Artemis hingegen, die erweiterte Version von ActiveMQ, bietet eine nicht-blockierende Architektur, um die hohe Leistung zu liefern, die von der neuen App-Generation gefordert wird.
WSO2
WSO2 ist ein weiterer Message Broker, der eine Erwähnung wert ist. Er wurde mit dem Ziel entwickelt, Message-Broker-Funktionen in einer verteilten Umgebung anzubieten.
Dieser extrem ressourcenschonende und benutzerfreundliche Message Broker ist mit einem kontinuierlichen Verfügbarkeitsmodus ausgestattet, der eine hohe Verfügbarkeit gewährleistet und Server innerhalb des Clusters erweitert. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit eines Single Point of Failure minimiert.
Die Open-Source-Technologie verwaltet effizient mehrere Warteschlangen, Abonnenten und Nachrichten, um dauerhaftes Messaging zu ermöglichen.
WSO2 unterstützt mehrere Protokolle, darunter MQTT, ein ressourcenschonendes Machine-to-Machine-Netzwerkprotokoll, das Enterprise-Messaging-Funktionen im IoT-Bereich bietet.
Es verbindet entfernte Geräte mit den Brokern und ermöglicht so eine Machine-to-Machine (M2M)-Kommunikation, die jede Sekunde Zehntausende von gleichzeitigen Ereignissen generieren kann. WSO2 verwendet ein flexibles Bereitstellungsmodell, das Einzelknoten-Ausführungsfunktionen für Cluster-Bereitstellungen bietet.
Die bemerkenswerten Merkmale von WSO2 sind:
- Unterstützt JMS v1.0 und v1.1 API
- Entspricht dem Standardwerk.
- Unterstützt das Advanced Message Queuing Protocol (AMQP) v0.91 und das MQTT-Protokoll für alle QoS-Stufen und persistentes Messaging.
- Unterstützt viele Sprachen/Plattformen, darunter Java, .Net, C, C++, PHP, Ruby, Erlang und mehr.
ZeroMQ
Zuletzt betrachten wir ZeroMQ, einen hochentwickelten Message Broker, der Hochgeschwindigkeitsverbindungen zwischen Anwendungen bereitstellt, unabhängig von der Sprache oder der Plattform, auf der sie ausgeführt werden.
Er besteht aus asynchronen Input-Output-Engines, die in Messaging-Bibliotheken geladen werden, und erzeugt eine Viele-zu-Viele-Beziehung zwischen Sender und Empfänger.
Er überträgt Nachrichten von einer Anwendung zur anderen über WebSockets mithilfe zahlreicher Transportkanäle wie In-Process, Inter-Process, TCP, Multicast, TIPC, IPC und UDP.
ZeroMQ enthält alle Funktionen, die ein Standard-Verteiltes-Nachrichtensystem bietet. Es versendet Nachrichten über miteinander verbindbare Sockets, die in verschiedenen Mustern angeordnet werden können, wie z. B. Pub-Sub, Anfrage-Antwort, Aufgabenverteilung und Fan-Out.
ZeroMQ ermöglicht ein hohes Maß an Anpassung, um den einzigartigen Anforderungen verschiedener Anwendungsfälle gerecht zu werden, und unterstützt verschiedene Messaging-Muster und Sprachimplementierungen.
Er ist mit verschiedenen Programmiersprachen kompatibel, darunter C, C++, C#, Java, Python, Ruby und Perl.
Der Message Broker ist sehr schnell, Open Source und verfügt über eine leichtgewichtige Messaging-Bibliothek, die in Verbindung mit asynchronen Input-Output-Engines zu einer außergewöhnlichen Leistung beiträgt.
Zusammenfassung
Wir haben nun einen guten Überblick darüber, wie der Einsatz von Message Brokern die Kommunikationsarchitektur eines Systems erheblich verbessern kann. Es gibt viele zuverlässige Message-Broker-Anbieter, und wir haben die beliebtesten Broker aufgelistet, die den Markt beherrschen.
Sie können einen der Message Broker einsetzen, von denen Sie glauben, dass er die Datenverwaltungsanforderungen Ihrer Organisation erfüllt und Nachrichten zwischen Ihren Applikationen verteilen kann.
Sie können sich auch über die beste SMS-API für den Versand von Nachrichten an Ihre Benutzer informieren.