面试题：进程管理之进程通信数据交换高级难度题

Question

在多进程环境下，使用消息队列进行数据交换。假设存在多个发送进程和多个接收进程，如何设计消息队列的使用策略，以确保数据的正确、高效交换，同时避免消息丢失或重复接收问题，并描述该策略下消息在队列中的流转机制。

Answer 1

设计策略

1. 消息标识：
   • 为每个消息添加唯一标识，例如使用时间戳加上进程ID和消息序列号等组合生成。这样在接收端可以通过该标识判断消息是否重复。
2. 发送策略：
   • 有序发送：发送进程按照一定逻辑顺序（如业务处理顺序）将消息发送到消息队列。每个发送进程维护自己的发送序号，保证发送的消息有序。
   • 确认机制：发送进程发送消息后，等待接收进程的确认信息。若在一定时间内未收到确认，则重新发送该消息。可以采用类似TCP的重传机制，每次重传等待时间加倍，直到达到最大重传次数。
3. 接收策略：
   • 接收缓存：接收进程创建一个本地缓存，用于暂存接收到的消息。当接收到消息后，先检查消息标识是否已在缓存中存在，若不存在则处理该消息，并将其标识加入缓存；若存在则丢弃，避免重复处理。
   • 消息确认：接收进程成功处理消息后，向发送进程发送确认消息。确认消息也可包含接收的消息标识，以便发送进程确认。
4. 队列管理：
   • 消息持久化：使用支持消息持久化的消息队列系统，确保在进程崩溃或系统故障时消息不会丢失。即使队列服务重启，持久化的消息依然存在。
   • 优先级设置：根据业务需求为消息设置优先级。例如，对于一些紧急业务消息，设置较高优先级，优先被接收进程处理。

消息流转机制

1. 发送阶段：
   • 发送进程生成带有唯一标识的消息，按照设定的逻辑顺序将消息发送到消息队列。
   • 发送后，启动定时器等待接收进程的确认消息。
2. 队列存储阶段：
   • 消息队列接收并存储发送进程发来的消息。若开启消息持久化，消息会被保存到持久化存储介质（如磁盘）。
   • 根据消息优先级，对消息进行排序，高优先级消息排在队列靠前位置。
3. 接收阶段：
   • 接收进程从消息队列获取消息，先将消息存入本地缓存。
   • 检查消息标识，若未重复，则处理消息。处理完成后，向发送进程发送确认消息。
   • 若在本地缓存中发现重复消息标识，则丢弃该消息。
4. 确认阶段：
   • 发送进程收到接收进程的确认消息后，停止定时器。若定时器超时未收到确认消息，则根据重传策略重新发送消息。