應用層協議

應用層協議 (application-layer protocol) 定義了運行在不同端系統上的應用程序進程如何相互傳遞報文，特別是應用層協議定義了:

• 交換的報文類型，例如請求報文和響應報文
• 各種報文類型的語法，如報文中的各個字段及這些字段是如何描述的
• 字段的語義，即這些字段中包含的信息的含義
• 一個進程何時以及如何發送報文，對報文進行響應的規則。

  在本文中主要是講5種重要的應用: Web 、文件傳輸、电子郵件、目錄服務和P2P，我們首先討論 Web應用，不僅因為它是極為流行的應用，而且因為它的應用層協議 HTTP 相對比較簡單並且易於理解。討論完 Web ，我們簡要地討論FTP，因為它與 HTTP 形成了很好的對照 我們接下來討論电子郵件應用，這是因特網上最早的招人喜愛的應用程序。說电子郵件比 Web更複雜，是因為它使用了多個而不是一個應用層協議。在电子郵件之後，我們討論DNS它為因特網提供目錄服務，大多數用戶不直接與 DNS 打交道，而是通過其他的應用(包括Web 、文件傳輸和电子郵件)間接使用它，DNS 很好地說明了一種核心的網絡功能(網絡名字到網絡地址的轉換)是怎樣在因特網的應用層實現的。

HTTP概況

  Web 的應用層協議是超文本傳輸協議 (HyperText Transfer Protocol , HTTP) ，它是Web的核心，HTTP 由兩個程序實現:一個客戶程序和一個服務器程序。客戶程序和服務器程序運行在不同的端系統中，通過交換HTTP報文進行會話。 HTTP 定義了這些報文的結構以及客戶和服務器進行報文交換的方式。HTTP使用TCP作為它的支撐運輸協議(而不是在 UDP 上運行)。HTTP 客戶首先發起一個與服務器的TCP連接，一旦連接建立，該瀏覽器和服務器進程就可以通過套接字接口訪問TCP。

注意：服務器向客戶發送被請求的文件，而不存儲任何關於該客戶的狀態信息，假如某個特定的客戶在短短的幾秒鐘內兩次請求同一個對象，服務器並不會因為剛剛為該客戶提供了該對象就不再做出反應，而是重新發送該對象，就像服務器已經完全忘記不久之前所做過的事一樣，因為 HTTP 服務器並不保存關於客戶的任何信息，所以我們說HTTP是一個無狀態協議 (stateless protocol)

非持續連接和持續連接

  在許多因特網應用程序中，客戶和服務器在一個相當長的時間範圍內通信，其中客戶發出一系列請求並且服務器對每個請求進行響應 依據應用程序以及該應用程序的使用方式，這一系列請求可以以規則的間隔周期性地或者間斷性地一個接一個發出。當這種客戶-服務器的交互是經TCP進行的，應用程序的研製者就需要做一個重要決定，即每個請求/響應對是經一個單獨的 TCP 連接發送，還是所有的請求及其響應經相同的TCP連接發送呢?採用前一種方法，該應用程序被稱為使用非持續連接( non- persistent connection) ;採用后一種方法，該應用程序被稱為使用持續連接( persistent connection)。儘管 HTTP在其默認方式下使用持續連接， HTTP 客戶和服務器也能配置成使用非持續連接。

  非持續連接有一些缺點：首先，必須為每一個請求的對象建立和維護一個全新的連接。對於每個這樣的連接，在客戶和服務器巾都要分配 TCP 的緩衝區和保持 TCP 變量。這給 Web 服務器帶來了嚴重的負擔，因為一台 Web 服務器可能同時服務於數以百計不同的客戶的請求。第二，每一個對象經受兩倍 RTT 的交付時延，即一個RTT 用於創建 TCP ，另一個 RTT 用於請求和接收一個對象。在採用持續連接的情況下，服務器在發送響應后保持該 TCP 連接打開。在相同的客戶與服務器之間的後續請求和響應報文能夠通過相同的連接進行傳送

HTTP報文格式

1. 請求報文

      GET /somedir/page.html HTTP/l.l
      Host: www.someschool.edu
      Connection: close
      User-agent: Mozilla/5.0
      Accept-language: fr

  我們看到該報文由5行組成，每行由一個回車和換行符結束。最後一行后再附加一個回車換行。雖然這個特定的報文僅有5行，但一個請求報文能夠具有更多的行或者至少為一行。HTTP 請求報文的第一行叫做請求行 (request line) ，其後繼的行叫做首部行( headerline)。請求行有3個字段:方法字段、URL字段和HTTP版本字段。方法宇段可以取幾種不同的值，包括 GET、POST、HEAD、PUT和DELETE。絕大部分的 HTTP 請求報文使用GET方法，當瀏覽器請求一個對象時，使用 GET 方法，在 URL 字段帶有請求對象的標識。在本例中，該瀏覽器正在請求對象/somedirl page. html 其版本字段是自解釋的;在本例中，瀏覽器實現的是 HTTP/ l. 版本。

  現在我們看看本例的首部行：首部行 Host: www. someschool. edu 指明了對象所在的主機。你也許認為該首部行是不必要的，因為在該主機中已經有一條 TCP 連接存在了，但是，該首部行提供的信息是 Web 代理高速緩存所要求的，通過包含 Connection: close 首部行，該瀏覽器告訴服務器不希望麻煩地使用持續連接，它要求服務器在發送完被請求的對象后就關閉這條連接。User- agent: 首部行用來指明用戶代理，即向服務器發送請求的瀏覽器的類型。這裏瀏覽器類型是 Mozilla/5. 0，即Firefox 瀏覽器，這個首部行是有用的，因為服務器可以有效地為不同類型的用戶代理，實際發送相同對象的不同版本 (每個版本都由相同的URL尋址)。最後Accept-language：首部行表示用戶想得到該對象的法語版本(如果服務器中有這樣的對象的話)；否則，服務器應當發送它的默認版本 Accept -language：首部行僅是 HTTP 中可用的眾多內容協商首部之一。

  HEAD方法類似於GET方法，當服務器收到使用HEAD方法的請求時，將會用一個HTTP報文進行響應，但是並不返回請求對象，應用程序開發者常用HEAD方法進行調試，跟蹤PUT方法常與Web發行工具聯合使用，它允許用戶上傳對象到指定的 Web 服務器上指定的路徑(目錄)。PUT方法也被那些需要向 Web 服務器上傳對象的應用程序使用。DELETE 方法允許用戶或者應用程序刪除 Web 服務器上的對象

1. HTTP響應報文
   下面我們提供了一條典型的HTTP響應報文 該響應報文可以是對剛剛討論的例子中請求報文的響應：

HTTP/ 1. 1 200 OK
Connection: close 
Date: Tue , 09 Aug 2011 15:44:04 GMT
Server: Apache/2.2.3 (CentOS)
Last-Modified: Tue , 09 Aug 2011 15:11:03 GMT
Content-Length: 6821
Content-Type: text/html 

(data data data data data ...) 

  我們仔細看一下這個響應報文 它有三個部分：一個初始狀態行 (sLatus line) ，6個首部行 (header 1ine) ，然後是實體體 (enLity body) 實體體部分是報文的主要部分，即它包含了所請求的對象本身(表示為 dala dala data data …）。 狀態行有3個字段:協議版本字段、狀態碼和相應狀態信息。在這個例子中，狀態行指示服務器正在使用 HTTP/l.1，並且一切正常(即服務器已經找到並正在發送所請求的對象)。

  我們現在來看看首部行。服務器用 Connection: close 首部行告訴客戶，發送完報文後將關閉該 TCP 連接。Date: 首部行指示服務器產生併發送該響應報文的日期和時間。值得一提的是，這個時間不是指對象創建或者最後修改的時間；而是服務器從它的文件系統中檢索到該對象，插入到響應報文，併發送該響應報文的時間。Server: 首部行指示該報文是由一台 Apache Web 服務器產生的，它類似於 HTTP 請求報文中的 User- agent 首部行。Last- Modified: 首部行指示了對象創建或者最後修改的日期和時間。Lasl-Modified: 首部行對既可能在本地客戶也可能在網絡緩存服務器上的對象緩存來說非常重要。下面將會介紹緩存服務器(也叫代理服務器)。Content- Length: 首部行指示了被發送對象中的字節數；Conlent- Type: 首部行指示了實體體中的對象是 HTML 文本 (該對象類型應該正式地由 Conlent- Type: 首部行而不是用文件擴展名來指示。

Web 緩存

  Web緩存器 (Web cache)也叫代理服務器 (proxy server)，它是能夠代表初始 Web 服務器來滿足 HTTP 請求的網絡實體。Web 緩存器有自己的磁盤存儲空間，並在存儲空間中保存最近請求過的對象的副本 如圖 2-11 所示，可以配置用戶的瀏覽器，使得用戶的所有 HTTP請求首先指向 Web 緩存器。一旦某瀏覽器被配置，每個對某對象的瀏覽器請求首先被定向到該 Web 緩存器。舉例來說，假設瀏覽器正在請求對象 http://www.someschool. edu/ campus.giI.將會發生如下情況:

• 瀏覽器建立一個到Web緩存器的TCP連接，並向 Web 緩存器中的對象發送一個HTTP請求
• Web 緩存器進行檢查，看看本地是否存儲了該對象副本 如果有， Web 緩存器就向客戶瀏覽器用 HTTP 響應報文返回該對象
• 如果 Web 緩存器中沒有該對象，它就打開一個與該對象的初始服務器(如www. someschool. edu)，TCP 連接 Web 緩存器則在這個緩存器到服務器的TCP連接上發送一個對該對象的 HTTP 請求，在收到該請求后，初始服務器向該 Web緩存器發送具有該對象的 HTTP響應
• 當 Web 緩存器接收到該對象時，它在本地存儲空間存儲一份副本，並向客戶的瀏覽器用盯TP 響應報文發送該副本(通過現有的客戶瀏覽器和 Web 緩存器之間的TCP連接)

DHCP協議

  DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol: 動態主機設置協議，DHCP是一個局域網協議，DHCP是應用UDP協議的應用層協議。使用UDP協議工作，主要有兩個用途：給內部網絡或網絡服務供應商自動分配IP地址，給用戶或者內部網絡管理員作為對所有計算機作中央管理的手段。
對於一個 臨時設備，是如何知道自己的IP地址的？
  DHCP服務器監聽默認端口：67，主機使用UDP協議廣播DHCP發現報文，DHCP服務器發出DHCP提供報文，主機向DHCP服務器發出DHCP請求報文，DHCP服務器回應並提供IP地址。

HTTPS

  由於HTTP是明文傳輸的，則HTTPS(Secure)是安全的HTTP協議，默認端口為443，http(s): //<主機>:<端口>/<路徑>

• A、B是擁有一定數學關係的一組秘鑰
  • 私鑰：私鑰自己使用，不對外公開
  • 公鑰：公鑰給大家使用，對外公開

    使用公鑰加密，使用私鑰解密。

• 数字證書是可信任組織頒發給特定對象的認證

• SSL(Secure Sockets Layer: 安全套接層)
  • 數據安全和數據完整
  • 對傳輸層數據進行加密後傳輸

HTTPS 原理

1. 客戶端將它所支持的算法列表和一個用作產生密鑰的隨機數發送給服務器 ；
2. 服務器從算法列表中選擇一種加密算法，並將它和一份包含服務器公用密鑰的證書發送給客戶端；該證書還包含了用於認證目的的服務器標識，服務器同時還提供了一個用作產生密鑰的隨機數；
3. 客戶端對服務器的證書進行驗證（有關驗證證書，可以參考数字簽名），並抽取服務器的公用密鑰；然後，再產生一個稱作 pre_master_secret 的隨機密碼串，並使用服務器的公用密鑰對其進行加密（參考非對稱加 / 解密），並將加密后的信息發送給服務器 ；
4. 客戶端與服務器端根據 pre_master_secret 以及客戶端與服務器的隨機數值獨立計算出加密和 MAC密鑰（參考 DH密鑰交換算法）；
5. 客戶端將所有握手消息的 MAC 值發送給服務器；
6. 服務器將所有握手消息的 MAC 值發送給客戶端

文件傳輸協議：FTP

  在一個典型的FTP會話中，用戶坐在一台主機(本地主機)前面，向一台遠程主機傳輸(或接收來自遠程主機的)文件 為使用戶能訪問它的遠程賬戶，用戶必須提供一個用戶標識和口令 在提供了這種授權信息后，用戶就能從本地文件系統向遠程主機文件系統傳送文件，反之亦然 如圖 2-14 所示，用戶通過一個FTP用戶代理與FTP交互。該用戶首先提供遠程主機的主機名，使本地主機的FTP客戶進程建立一個到遠程主機FTP服務器進程的 TCP 連接。該用戶接着提供用戶標識和口令，作為 FTP 命令的一部分在該 TCP連接上傳送。一旦該服務器向該用戶授權，用戶可以將存放在本地文件系統中的一個或者多個文件複製到遠程文件系統(反之亦然)。

  HTTP和FTP 都是文件傳輸協議，並且有很多共同的特點，例如，它們都運行在 TCP上，然而，這兩個應用層協議也有一些重要的區別 其中最顯著的就是FTP 使用了兩個并行的 TCP 連接來傳輸文件，一個是控制連接 (control connection) ，一個是數據連接( data connection) 。控制連接用於在兩主機之間傳輸控制信息，如用戶標識、口令、改變遠程目錄的命令以及”存放 (put) “和”獲取 (get)”文件的命令。數據連接用於實際發送一個文件，因為FTP協議使用一個獨立的控制連接，所以我們也稱FTP的控制信息是帶外(out-of-band)傳送的。如你所知，HTTP協議是在傳輸文件的同一個 TCP 連接中發送請求和響應首部行的 因此，HTTP也可以說是帶內 (in-band) 發送控制信息的。FTP協議的控制連接和數據連接如圖二 15 所示：

  當用戶主機與遠程主機開始一個FTP會話時，FTP的客戶(用戶)端首先在服務器21號端口與服務器(遠程主機)端發起一個用於控制的 TCP 連接。FTP的客戶端也通過該控制連接發送用戶的標識和口令，發送改變遠程目錄的命令，當FTP的服務器端從該連接上收到一個文件傳輸的命令后(無論是向還是來自遠程主機) ，就發起一個到客戶端的 TCP 數據連接 FTP 在該數據連接上準確地傳送一個文件，然後關閉該連接。在同一個會話期間，如果用戶還需要傳輸另一個文件，FTP則打開另一個數據連接，因而對FTP傳輸而言，控制連接貫穿了整個用戶會話期間，但是對會話中的每一次文件傳輸都需要建立一個新的數據連接(即數據連接是非持續的)。

  FTP服務器必須在整個會話期間保留用戶的狀態(state) 特別是，服務器必須把特定的用戶賬戶與控制連接聯繫起來，隨着用戶在遠程目錄樹上徘徊，服務器必須追蹤用戶在遠程目錄樹上的當前位置，對每個進行中的用戶會話的狀態信息進行追蹤，大大限制了FTP同時維持的會話總數。而另一方面，前面講過 HTTP 是無狀態的，即它不必對任何用戶狀態進行追蹤。

因特網中的电子郵件

  圖2-16 給出了因特網电子郵件系統的總體情況，從該圖中我們可以看到它有3個主要組成部分: 用戶代理( user agenl) 、郵件服務器 (mail server) 簡單郵件傳輸協議(Simple Mai] Transfer Prolocol , SMTP) 。

SMTP 是因特網电子郵件中主要的應用層協議，它使用 TCP 可靠數據傳輸服務，從發送方的郵件服務器向接收方的郵件服務器發送郵件，像大多數應用層協議一樣， SMTP有兩個部分:運行在發送方郵件服務器的客戶端和運行在接收方郵件服務器的服務器端，每台郵件服務器上既運行 SMTP 的客戶端也運行 SMTP 的服務器端 。當一個郵件服務器向其他郵件服務器發送郵件時，它就表現為 SMTP 的客戶;當郵件服務器從其他郵件服務器上接收郵件時，它就表現為SMTP的服務器。目前有一些流行的郵件訪問協議，包括第三版的郵局協議 (POSl OfficeProtocol-Version 3 , POP3)、因特網郵件訪問協議 (Intemet Mail Access Protocol , IMAP)以及 HTTP。

總結：應用層為操作系統或網絡應用程序提供訪問網絡服務的接口。數據傳輸基本單位為報文；包含的主要協議：FTP（文件傳送協議）、Telnet（遠程登錄協議）、DNS（域名解析協議）、SMTP（郵件傳送協議），POP3協議（郵局協議），HTTP協議（Hyper Text Transfer Protocol）。

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前言：實際項目中經常遇到消息消費失敗了，要進行消息的重發。比如支付消息消費失敗后，要分不同時間段進行N次的消息重發提醒。

本文模擬場景

1. 當金額少於100時，消息消費成功
2. 當金額大於100，小於200時，會進行3次重發，第一次1秒；第二次2秒；第三次3秒。
3. 當金額大於200時，消息消費失敗，會進行5次重發，第一次1秒；第二次2秒；第三次3秒；第四次4秒；第五次5秒。重試五次后，消息自動進入死信隊列，在死信隊列存活60秒后消失。

代碼實例

特別注意代碼與配置文件中的註釋，各個使用說明都已經詳細寫在配置文件中

pom包引入

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 https://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
    <parent>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
        <version>2.1.12.RELEASE</version>
        <relativePath/> <!-- lookup parent from repository -->
    </parent>
    <groupId>com.cloudstream</groupId>
    <artifactId>demo</artifactId>
    <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
    <name>demo</name>
    <description>Demo project for Spring Boot</description>

    <properties>
        <java.version>1.8</java.version>
        <spring-cloud.version>Greenwich.SR5</spring-cloud.version>
    </properties>

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
        </dependency>
        <!-- ①關鍵配置：引入stream-rabbit 依賴-->
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-starter-stream-rabbit</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.projectlombok</groupId>
            <artifactId>lombok</artifactId>
        </dependency>
    </dependencies>

    <dependencyManagement>
        <dependencies>
            <!-- ②關鍵配置：由於stream是基於spring-cloud的，所以這裏要引入 -->
            <dependency>
                <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
                <artifactId>spring-cloud-dependencies</artifactId>
                <version>${spring-cloud.version}</version>
                <type>pom</type>
                <scope>import</scope>
            </dependency>
        </dependencies>
    </dependencyManagement>

    <build>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>

    <repositories>
        <repository>
            <id>spring-snapshots</id>
            <name>Spring Snapshots</name>
            <url>https://repo.spring.io/snapshot</url>
            <snapshots>
                <enabled>true</enabled>
            </snapshots>
        </repository>
        <repository>
            <id>spring-milestones</id>
            <name>Spring Milestones</name>
            <url>https://repo.spring.io/milestone</url>
        </repository>
    </repositories>

</project>

配置application.yml文件

注意各個配置的縮進格式，別搞錯了

server:
  port: 8081
spring:
  application:
    name: stream-demo
  #rabbitmq連接配置
  rabbitmq:
    host: 127.0.0.1
    port: 5672
    username: admin
    password: 123456
  cloud:
    stream:
      bindings:
        #消息生產者，與DelayDemoTopic接口中的DELAY_DEMO_PRODUCER變量值一致
        delay-demo-producer:
          #①定義交換機名
          destination: demo-delay-queue
        #消息消費者，與DelayDemoTopic接口中的DELAY_DEMO_CONSUMER變量值一致
        delay-demo-consumer:
          #定義交換機名，與①一致，就可以使發送和消費都指向一個隊列
          destination: demo-delay-queue
          #分組，這個配置可以開啟消息持久化、可以解決在集群環境下重複消費的問題。
          #比如A、B兩台服務器集群，如果沒有這個配置，則A、B都能收到同樣的消息，如果有該配置則只有其中一台會收到消息
          group: delay-consumer-group
          consumer:
            #最大重試次數，默認為3。不使用默認的，這裏定義為1，由我們程序控制發送時間和次數
            maxAttempts: 1
      rabbit:
        bindings:
          #消息生產者，與DelayDemoTopic接口中的DELAY_DEMO_PRODUCER變量值一致
          delay-demo-producer:
            producer:
              #②申明為延遲隊列
              delayedExchange: true
          #消息消費者，與DelayDemoTopic接口中的DELAY_DEMO_CONSUMER變量值一致
          delay-demo-consumer:
            consumer:
              #申明為延遲隊列，與②的配置的成對出現的
              delayedExchange: true
              #開啟死信隊列
              autoBindDlq: true
              #死信隊列中消息的存活時間
              dlqTtl: 60000

定義隊列通道

1. 定義通道

/**
 * 定義延遲消息通道
 */
public interface DelayDemoTopic {
    /**
     * 生產者，與yml文件配置對應
     */
    String DELAY_DEMO_PRODUCER = "delay-demo-producer";
    /**
     * 消費者，與yml文件配置對應
     */
    String DELAY_DEMO_CONSUMER = "delay-demo-consumer";

    /**
     * 定義消息消費者，在@StreamListener監聽消息的時候用到
     * @return
     */
    @Input(DELAY_DEMO_CONSUMER)
    SubscribableChannel delayDemoConsumer();

    /**
     * 定義消息發送者，在發送消息的時候用到
     * @return
     */
    @Output(DELAY_DEMO_PRODUCER)
    MessageChannel delayDemoProducer();
}

1. 綁定通道

/**
 * 配置消息的binding
 *
 */
@EnableBinding(value = {DelayDemoTopic.class})
@Component
public class MessageConfig {

}

消息發送模擬

/**
 * 發送消息
 */
@RestController
public class SendMessageController {
    @Autowired
    DelayDemoTopic delayDemoTopic;

    @GetMapping("send")
    public Boolean sendMessage(BigDecimal money) throws JsonProcessingException {

        Message<BigDecimal> message = MessageBuilder.withPayload(money)
                //設置消息的延遲時間，首次發送，不設置延遲時間，直接發送
                .setHeader(DelayConstant.X_DELAY_HEADER,0)
                //設置消息已經重試的次數，首次發送，設置為0
                .setHeader(DelayConstant.X_RETRIES_HEADER,0)
                .build();
        return delayDemoTopic.delayDemoProducer().send(message);
    }
}

消息監聽處理

@Component
@Slf4j
public class DelayDemoTopicListener {
    @Autowired
    DelayDemoTopic delayDemoTopic;

    /**
     * 監聽延遲消息通道中的消息
     * @param message
     */
    @StreamListener(value = DelayDemoTopic.DELAY_DEMO_CONSUMER)
    public void listener(Message<BigDecimal> message) {
        //獲取重試次數
        int retries = (int)message.getHeaders().get(DelayConstant.X_RETRIES_HEADER);
        //獲取消息內容
        BigDecimal money = message.getPayload();
        try {
            String now = DateUtils.formatDate(new Date(),"yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
            //模擬：如果金額大於200，則消息無法消費成功；金額如果大於100，則重試3次；如果金額小於100，直接消費成功
            if (money.compareTo(new BigDecimal(200)) == 1){
                throw new RuntimeException(now+":金額超出200，無法交易。");
            }else if (money.compareTo(new BigDecimal(100)) == 1 && retries <= 3) {
                if (retries == 0) {
                    throw new RuntimeException(now+":金額超出100，消費失敗，將進入重試。");
                }else {
                    throw new RuntimeException(now+":金額超出100，當前第" + retries + "次重試。");
                }
            }else {
                log.info("消息消費成功！");
            }
        }catch (Exception e) {
            log.error(e.getMessage());
            if (retries < DelayConstant.X_RETRIES_TOTAL){
                //將消息重新塞入隊列
                MessageBuilder<BigDecimal> messageBuilder = MessageBuilder.fromMessage(message)
                        //設置消息的延遲時間
                        .setHeader(DelayConstant.X_DELAY_HEADER,DelayConstant.ruleMap.get(retries + 1))
                        //設置消息已經重試的次數
                        .setHeader(DelayConstant.X_RETRIES_HEADER,retries + 1);
                Message<BigDecimal> reMessage = messageBuilder.build();
                //將消息重新發送到延遲隊列中
                delayDemoTopic.delayDemoProducer().send(reMessage);
            }else {
                //超過重試次數，做相關處理（比如保存數據庫等操作），如果拋出異常，則會自動進入死信隊列
                throw new RuntimeException("超過最大重試次數：" + DelayConstant.X_RETRIES_TOTAL);
            }
        }
    }
}

規則定義

目前寫在一個常量類里，實際項目中，通常會配置在配置文件中

public class DelayConstant {
    /**
     * 定義當前重試次數
     */
    public static final String X_RETRIES_HEADER = "x-retries";
    /**
     * 定義延遲消息，固定值，該配置放到消息的header中，會開啟延遲隊列
     */
    public static final String X_DELAY_HEADER = "x-delay";

    /**
     * 定義最多重試次數
     */
    public static final Integer X_RETRIES_TOTAL = 5;

    /**
     * 定義重試規則，毫秒為單位
     */
    public static final Map<Integer,Integer> ruleMap = new HashMap(){{
        put(1,1000);
        put(2,2000);
        put(3,3000);
        put(4,4000);
        put(5,5000);
    }};
}

測試

經過以上配置和實現就可完成模擬的重發場景。

• 瀏覽器中輸入http://127.0.0.1:8081/send?money=10，可以看到控制台中輸出：

消息消費成功！

• 瀏覽器中輸入http://127.0.0.1:8081/send?money=110，可以看到控制台中輸出：

2020-06-20 10:59:42:金額超出100，消費失敗，將進入重試。
2020-06-20 10:59:43:金額超出100，當前第1次重試。
2020-06-20 10:59:45:金額超出100，當前第2次重試。
2020-06-20 10:59:48:金額超出100，當前第3次重試。
消息消費成功！

• 瀏覽器中輸入http://127.0.0.1:8081/send?money=110，可以看到控制台中輸出：

注意事項

由於本文用到了延遲隊列，需要在rabbitMQ中安裝延遲插件，具體安裝方式，可以查看：延遲隊列安裝參考

源碼獲取

以上示例都可以通過我的GitHub獲取完整的代碼.

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這裏介紹的垃圾回收相關算法，主要解決的問題：

判斷哪些內存是垃圾（需要回收的）？

常用的兩種算法：

• 引用計數
• 可達性分析（GC Root）

首先介紹算法前，得定義：

如何判斷一個對象的死亡？

我們一般這樣定義：當一個對象不再被任何存活的對象繼續引用的時候，這個對象就死亡了。

引用計數

引用計數算法，是給每一個對象添加一個計數器，當有對象引用它的時候，計數器+1，當有對象取消對它的引用時，計數就會-1。

當計數器的值為 0 時，即說明沒有對象引用它，也就是這個對象死亡了。

這種算法很簡單，但是有個重大缺陷，那就是無法解決循環引用的問題。

什麼是循環引用問題呢？

比如對象A 引用 對象B，對象B 引用 對象A，那麼 對象A 和 對象B 的計數器都為1。但是如果後續的運行環境再也用不到對象A 和 對象B，那麼就造成了內存泄漏。

上圖就是循環引用的例子。對象引用 Obj1 和 Obj2 在棧中，然後分別指向在堆中的具體實例。然後兩個相互實例中的成員互相引用。那麼對於堆中的對象而言，就有2個引用。一個是來自Obj1，一個來自堆對象的另一方。

如果，現在將 Obj1 指向 nu l l，那麼就如下圖：

這個時候，引用已經不可用了，但是堆中的對象仍然相互引用，他們的計數器不為0，所以無法死亡。

但是，Java 沒有使用這種算法，而是使用了我們後面說的可達性算法，所以接下來的演示，GC 會將這種情況的內存給其清理。

package GC;

public class ReferenceCountGC {
    public Object instance = null;

    private static final int _1MB = 1024 * 1024;
    // 每個對象中包含2M的成員，方便觀察
    private byte[] bigSize = new byte[2 * _1MB];
    public static void main(String[] args) {
        ReferenceCountGC objA = new ReferenceCountGC();
        ReferenceCountGC objB = new ReferenceCountGC();
        objA.instance = objB.instance;
        objB.instance = objA.instance;

        //取消對對象的引用
        objA = null;
        objB = null;
      // 是否進行垃圾回收
        System.gc();
    }
}

這段代碼實現的就是上面圖片所描述的情況。

首先，我們將 System.gc() 註釋掉，也就是我們在默認情況下，不去觸發垃圾回收。並在運行的時候，添加參數 -XX:+PrintGCDetails。我們觀察輸出結果

可以看到，這個時候，佔用的空間為8M左右。

如果我們取消註釋，也就是主動去調用垃圾回收器，那麼運行結果為：

佔用空間為2M左右。

可以看出來，Java 的垃圾回收，並非採用我們上面介紹的引用計數方式。

可達性分析

可達性算法，還有一系列的別名：根搜索算法，追蹤性垃圾收集，GC Root。

之後，看到原理，其實這些別名都是描述原理的。

首先，我們選取一些對象，這些對象是存活的，也被稱為 GC Roots，然後根據這些對象的引用關係，凡是直接或者間接跟 GC Roots 相關聯的對象，都是存活的。就像圖中的連通性判斷一樣。

這個算法的想法不難。難的是，如何確定 GC Roots。

我們考慮，我們什麼時候需要用到對象？（我們需要對象的時候，肯定需要這個對象是存活的）

• 棧中保存着，我們當前或者之後需要運行的方法及相關參數，所以，棧上所引用的堆中對象肯定是存活的。
• 類中的一些屬性，比如，靜態屬性，因為它不依賴於具體的類
• 一些常用的對象，以免清理后，又要重複加載，比如常用的異常對象，基本數據類型對應的 Class 對象。

除此之外，還有很多零零碎碎的。

在堆結構周圍的一些結構，其中引用的對象可以作為GC Roots

具體 GC Roots 可以概括為：

• 虛擬機棧上（確切的說，是棧幀上的本地變量表）所引用的對象

• 本地方法棧引用的對象

• 方法區中的靜態屬性，常量引用

• Java 虛擬機的內部引用，常用數據類型的 Class 對象，常駐的異常對象，系統類加載器

• 所有被同步鎖持有的對象

除此之外，還有一些臨時的 GC Roots 可以加入進來。這裏涉及到新生代老年代。

比如老年代中的對象一般都存活時間比較久，也就是大概率是活着的對象，也可臨時作為 GC Roots。

可達性算法的一些細節

前面說了可達性算法，我們根據 GC Roots 來進行標記對象的死活。

但是，被判定為不可達的對象，並不立刻死亡。它仍然有次機會進行自救。

這個自救的機會，是需要重寫 finalize（）進行自救。

也就是可達性算法的邏輯大致是這樣的：

• 第一次進行標記，凡是不可達 GC Roots 的對象，都暫時判定為死亡，只是暫時
• 檢查暫時被判定為死亡對象，檢查是否有重寫 finalize（）方法，如果有，則觸發，對象可以在裏面完成自救。

如果沒有自救成功 或者 沒有重寫 finalize（）方法，則宣告這個對象的死亡。

除此之外，這個對象中的 finalize（）方法，只能被調用一次，一生只有一次自救機會。

這個方法，官方並不推薦，所以不必細究。

接下來，演示下上面的兩次標記過程以及自救過程。

（個人認為，《深入理解 Java 虛擬機》中的此章節代碼，略有點不夠完善，故略微改動）

package GC;

import javax.swing.tree.VariableHeightLayoutCache;

public class FinalizeEscapeGC {
    public static FinalizeEscapeGC SAVE_HOOK = null;

    private byte[] bigSize = new byte[5*1024*1024];

    public void isAlive(){
        System.out.println("Yes, i am alive");
    }

    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        super.finalize();
        System.out.println("Finalize method executed");
        FinalizeEscapeGC.SAVE_HOOK = this;
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        SAVE_HOOK = new FinalizeEscapeGC();
        SAVE_HOOK = null;
        System.gc();
        Thread.sleep(500);
        if(SAVE_HOOK != null){
            SAVE_HOOK.isAlive();
            System.gc();
        }else {
            System.out.println("Dead");
            System.gc();
        }
    }
}

在這個程序中，我們給這個類，添加名為 bigSize 的屬性，其佔用 4M 大小的空間。

大致分析下代碼邏輯：

• 創建了一個對象，其中有成員佔用 4M 的空間
• 取消對這個對象的引用
• 調用垃圾回收（第一次標記）
• 調用 finalize 方法進行自救
• 之後再次調用垃圾回收（第二次標記）

所以演示的時候，分為兩種情況：

• FinalizeEscapeGC.SAVE_HOOK = this; 未註釋，完成自救

運行時，參數仍然設置為 +XX:PrintGCDetails，可以看到輸出結果：

第一次調用垃圾回收，仍然佔用 5M，說明此時即便失去引用，但是仍然未被清理。

在 finalize（）中完成自救后，第二次調用垃圾回收的時候，仍然佔用 5M 的內存大小。說明自救成功。

• FinalizeEscapeGC.SAVE_HOOK = this; 註釋，無法完成自救

第一次垃圾回收，佔用 5M，保留了對象。無法完成自救，然後第二次被清理掉。

所以我發現以下錶述也許更為確切：

• 當對象重寫了 finalize（）方法的時候，第一次垃圾回收的時候，如果為不可達對象，對其進行暫緩，並不清理。
• 當對象沒有重寫 finalize（）方法的時候，且為不可達對象的時候，直接判定死亡。

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matplotlib 強化學習

import matplotlib.pyplot as plt
...![](https://img2020.cnblogs.com/blog/1642028/202006/1642028-20200621111043462-144482637.png)


plt.show()		#显示圖像；下面都要寫，就不重複了

二維圖表

1. 基本圖表

1. 用plot方法畫出x=(0,10)間sin的圖像

x = np.linspace(0, 10, 30)  #產生0-10之間的30個均勻數組
plt.plot(x, np.sin(x));		#以x為橫坐標，sin(x)為縱坐標打印出圖像

注：

• linspace生成的是包含結尾的數組，比如0-10生成11個數才是0,1,2,3,4,5…
• 生成10個數則是0，1.11111111, 2.22222222, 3.33333333, 4.44444444…；
• 而arrange是不包含結尾的，0-10生成10個數是0,1,2,3…

1. 用點,線的方式畫出x=(0,10)間sin的圖像

plt.plot(x, np.sin(x), '-o');
#'o’代表每個數據點用小圓圈表示，且數據點之前不用線連接，看起來很像散點圖
#'ro'代表小圓圈是紅色的
#'-'就是最普通的線型，數據點之間用實線連接。
#'--'設置線性為虛線

!

1. 用scatter方法畫出x=(0,10)間sin的點圖像

plt.scatter(x, np.sin(x));		#散點圖

1. 用餅圖的面積及顏色展示一組4維數據

rng = np.random.RandomState(0)
x = rng.randn(100)			#生成隨機數組
y = rng.randn(100)
colors = rng.rand(100)
sizes = 1000 * rng.rand(100)

plt.scatter(x, y, c=colors, s=sizes, alpha=0.3,
cmap='viridis')
plt.colorbar(); 			# 展示色階

繪製柱狀圖

x = [1,2,3,4,5,6,7,8]
y = [3,1,4,5,8,9,7,2]
label=['A','B','C','D','E','F','G','H']

plt.bar(x,y,tick_label = label);	#縱向升高
plt.barh(x,y,tick_label = label);	#換成橫向

直方圖

data = np.random.randn(1000) #生成1000個隨機數
plt.hist(data);				#畫出圖像

!

2. 自定義圖表元素

x = np.linspace(0,10,100)
plt.plot(x, np.sin(x))
plt.ylim(-1.5, 1.5);		#設置y軸显示範圍為(-1.5,1.5)

x = np.linspace(0.05, 10, 100)
y = np.sin(x)
plt.plot(x, y, label='sin(x)')
plt.xlabel('variable x');			#設置x,y軸標籤variable x，value y
plt.ylabel('value y');
plt.title('三角函數');					#設置圖表標題“三角函數”
plt.text(3.2, 0, 'sin(x)', weight='bold', color='r');	#註釋

plt.annotate('maximum',xy=(np.pi/2, 1),xytext=(np.pi/2+1, 1),weight='bold',color='r',arrowprops=dict(arrowstyle='->', connectionstyle='arc3', color='r'));					#箭頭標識

显示網格

x = np.linspace(0.05, 10, 100)
y = np.sin(x)
plt.plot(x, y)
plt.grid()

...
參數
matplotlin.pyplot.grid(b, which, axis, color, linestyle, linewidth， **kwargs) axis : 取值為‘both’， ‘x’，‘y’。就是想繪製哪個方向的網格線。不過我在輸入參數的時候發現如果輸入x或y的時候，             輸入的是哪條軸，則會隱藏哪條軸

color : 這就不用多說了，就是設置網格線的顏色。或者直接用c來代替color也可以。
plt.grid(c='g') 設置顏色為綠色

linestyle :也可以用ls來代替linestyle， 設置網格線的風格，是連續實線，虛線或者其它不同的線條。 | '-' | '--' | '-.' | ':' | 'None' | ' ' | '']
plt.grid(linestyle='-.')

linewidth : 設置網格線的寬度
...

繪製平行於x軸y=0.8的水平參考線

x = np.linspace(0.05, 10, 100)
y = np.sin(x)
plt.plot(x, y)
plt.axhline(y=0.8, ls='--', c='r')#水平參考線

3. 自定義圖像

在一張圖裡繪製sin,cos的圖形，並展示圖例

x = np.linspace(0, 10, 1000)
fig, ax = plt.subplots()

ax.plot(x, np.sin(x), label='sin')
ax.plot(x, np.cos(x), '--', label='cos')
ax.legend();

多子圖

在2個子圖中，显示sin(x)和cos(x)的圖像

fig = plt.figure()
ax1 = fig.add_axes([0.1, 0.5, 0.8, 0.4], ylim=(-1.2, 1.2))
ax2 = fig.add_axes([0.1, 0.1, 0.8, 0.4], ylim=(-1.2, 1.2))

x = np.linspace(0, 10)
ax1.plot(np.sin(x));
ax2.plot(np.cos(x));

for i in range(1, 7):		#用for創建6個子圖，並且在圖中標識出對應的子圖坐標
plt.subplot(2, 3, i)
plt.text(0.5, 0.5, str((2, 3, i)),fontsize=18, ha='center')

組合繪製大小不同的子圖

grid = plt.GridSpec(2, 3, wspace=0.4, hspace=0.3)
plt.subplot(grid[0, 0])
plt.subplot(grid[0, 1:])
plt.subplot(grid[1, :2])
plt.subplot(grid[1, 2]);

三維圖像

#38.創建一個三維畫布
from mpl_toolkits import mplot3d
fig = plt.figure()
ax = plt.axes(projection='3d')

#39.繪製一個三維螺旋線
ax = plt.axes(projection='3d')
# Data for a three-dimensional line
zline = np.linspace(0, 15, 1000)
xline = np.sin(zline)
yline = np.cos(zline)
ax.plot3D(xline, yline, zline);

#40.繪製一組三維點
ax = plt.axes(projection='3d')
zdata = 15 * np.random.random(100)
xdata = np.sin(zdata) + 0.1 * np.random.randn(100)
ydata = np.cos(zdata) + 0.1 * np.random.randn(100)
ax.scatter3D(xdata, ydata, zdata, c=zdata, cmap='Greens');

import numpy  as np
from matplotlib import pyplot  as plt
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
q1 = np.arange(0.01, 1, 0.01)
q2 = np.arange(0.01, 1 , 0.01)  #生成一位基底
q1, q2 = np.meshgrid(q1, q2)    #混合成二維數組，形成二維基底

pCDa = (1-q1)
pCDb = (np.sqrt((1-q1)**2+q1**2)-q1)
s_pCD = -q1* np.log2(q1) - (1-q1) * np.log2(1-q1)
Q_MID1 = s_pCD *q2 /q2        #AB或CD的關聯值，下圖是(s_x_pCD - s_pCD) *q2；  *q2/q2后才是圓柱體

fig = plt.figure()
ax = Axes3D(fig)
ax.plot_surface(q1,q2,Q_MID1)     #表面圖
ax.set_xlabel('value of q2')
ax.set_ylabel('value of q1')
ax.set_zlabel('the value of Q_MID1(pCD)')
plt.show()

#參數
ax.plot_surface(X, Y, Z, *args, **kwargs)
X,Y,Z：數據
rstride、cstride、rcount、ccount:同Wireframe plots定義
color:表面顏色
cmap:圖層

參考文獻：

1. https://www.kesci.com/home/project/5de9f0a0953ca8002c95d2a9 50題matplotlib從入門到精通

2. https://www.cnblogs.com/knightoffz/p/12933716.html 大創項目經歷

3. https://matplotlib.org/mpl_toolkits/mplot3d/tutorial.html 官方文檔

4. https://www.cnblogs.com/xingshansi/p/6777945.html 參考博客

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