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id: backend.mq.rabbitmq
title: RabbitMQ：交换机、队列、确认机制、死信和延迟
type: lesson
domain: backend
stack: [mq]
tags: [RabbitMQ, AMQP, 交换机, ACK, 死信, 延迟队列]
level: basic
est_hours: 3
related: [backend.mq.reliability, backend.mq.scenario.delayed-order-cancel, backend.mq.interview]
week: [3, 14]
order: 1
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# RabbitMQ：交换机、队列、确认机制、死信和延迟

## 解释说明

**模型**：生产者 → **交换机（Exchange）** →（按绑定规则路由）→ **队列（Queue）** → 消费者。生产者不直接发给队列，而是发给交换机并带一个 routing key。

| 交换机类型 | 路由规则 | 场景 |
| --- | --- | --- |
| direct | routing key 完全匹配 | 按类型分发任务 |
| topic | 通配符匹配，`*` 一个词、`#` 零个或多个词，如 `order.*.created` | 按业务域订阅事件 |
| fanout | 忽略 routing key，发给所有绑定的队列 | 广播 |
| headers | 按消息头匹配 | 少用 |

还有一个“默认交换机”：routing key 等于队列名时直接投递到该队列。

**可靠性三件套**

- **持久化**：交换机、队列声明为 durable，消息设置 `delivery_mode=2`（持久化），重启后不丢。
- **生产者确认（publisher confirm）**：broker 收到并处理好消息后回 ack，生产者才认为发送成功。
- **消费者手动确认（manual ack）**：处理完成后再 ack；处理失败 nack，可以选择重新入队或进入死信。消费者断开时未确认的消息会重新投递，所以消费要幂等。

**prefetch（QoS）**：每个消费者最多同时持有多少条未确认消息，防止一个消费者拿太多、其他消费者闲着。

**死信（Dead Letter）**：消息被拒绝且不重新入队、过期（TTL）、队列满时，会被转到队列配置的死信交换机。用途：失败消息集中处理、延迟消息。

**延迟消息**的两种做法：TTL + 死信（消息在没有消费者的等待队列中过期，转到处理队列）；或者安装官方社区的延迟消息插件。注意：消息级 TTL 只在消息到达队头时检查，不同 TTL 的消息混在一个队列里会互相阻塞，所以**一个等待队列只放同一种延迟时间**。

**队列类型**：RabbitMQ 4.x 推荐需要高可用和数据安全的队列使用 **quorum 队列**（基于 Raft 复制），经典队列的镜像功能已移除。具体特性以官方文档为准：https://www.rabbitmq.com/docs/quorum-queues

## 案例

- 用户注册后发欢迎邮件、送新人券：注册服务发 `user.registered` 到 topic 交换机，邮件服务和营销服务各自建队列绑定，互不影响。
- 订单 30 分钟未支付自动取消：见[延迟取消场景](scenarios/delayed-order-cancel.md)。

## 代码示例

Python + aio-pika，生产者带确认、消费者手动确认，失败的消息进死信队列（示意代码，完整可运行示例见 [examples/delay-cancel](examples/delay-cancel/)）：

```python
import asyncio
import json

import aio_pika


async def main() -> None:
    conn = await aio_pika.connect_robust("amqp://guest:guest@localhost/")
    async with conn:
        ch = await conn.channel(publisher_confirms=True)  # 默认就是开启的；publish 会等待 broker 确认
        await ch.set_qos(prefetch_count=20)

        events = await ch.declare_exchange("events", aio_pika.ExchangeType.TOPIC, durable=True)
        dlx = await ch.declare_exchange("events.dlx", aio_pika.ExchangeType.FANOUT, durable=True)
        dead = await ch.declare_queue("email.dead", durable=True)
        await dead.bind(dlx)
        q = await ch.declare_queue("email.welcome", durable=True,
                                   arguments={"x-dead-letter-exchange": "events.dlx", "x-queue-type": "quorum"})
        await q.bind(events, routing_key="user.registered")

        await events.publish(
            aio_pika.Message(json.dumps({"user_id": 1}).encode(), delivery_mode=aio_pika.DeliveryMode.PERSISTENT,
                             message_id="user-1-registered"),
            routing_key="user.registered")

        async with q.iterator() as it:
            async for msg in it:
                # requeue=False：处理失败不重新入队，直接进死信队列，避免无限重试
                async with msg.process(requeue=False):
                    data = json.loads(msg.body)
                    print("发送欢迎邮件给用户", data["user_id"])
                break


asyncio.run(main())
```

## 易错点

- **自动 ack**：消息一到就确认，消费者处理到一半崩溃，消息就丢了。
- **失败消息无限重新入队**：一条有问题的消息反复失败，堵住队列、刷爆日志。设置重试次数，超过进死信。
- **以为开启持久化就不会丢**：还需要生产者确认；单节点磁盘故障仍会丢，需要 quorum 队列。
- **一个等待队列放不同 TTL 的消息**：后面短 TTL 的消息被前面长 TTL 的挡住。
- **队列声明参数不一致**：同名队列用不同参数重复声明会报错（PRECONDITION_FAILED），要删除重建或换名。
- **prefetch 设成无限**：一个消费者囤积大量消息，内存暴涨、负载不均。

## 面试常问

见[消息队列面试题](interview.md)：交换机类型、怎么保证消息不丢、死信队列、延迟消息实现。