【RabbitMQ】主题（Topics）与主题交换机（Topic Exchange）

本章目标

• 理解主题交换机（Topic Exchange）的强大路由能力。

• 掌握通配符*和#的使用规则。

• 学习基于模式匹配的复杂消息路由。

• 实现一个支持多维度过滤的智能消息系统。

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一、理论部分

1. 主题交换机（Topic Exchange）简介

主题交换机是RabbitMQ中最灵活也是最强大的交换机类型。它结合了扇形交换机的广播能力和直连交换机的精确匹配能力，同时引入了模式匹配的概念。

主题交换机的工作方式：

• 消息仍然带有路由键（Routing Key），但路由键必须是由点号分隔的单词列表（如：usa.news、europe.weather.alert）。

• 队列通过绑定键（Binding Key） 绑定到交换机，绑定键也使用相同的点号分隔格式。

• 绑定键支持两种通配符进行模式匹配。

2. 通配符规则

主题交换机的强大之处在于绑定键支持通配符：

• *（星号）：匹配恰好一个单词

  • 示例：*.orange.* 可以匹配 quick.orange.rabbit，但不能匹配 quick.orange.fox.jumps

• #（井号）：匹配零个或多个单词

  • 示例：lazy.# 可以匹配 lazy、lazy.fox、lazy.brown.fox、lazy.pink.fox.jumps.over

3. 路由键格式最佳实践

路由键通常采用层次结构，便于模式匹配：

• <facility>.<severity>：auth.info、kernel.error

• <region>.<service>.<event>：usa.payment.success、europe.order.cancelled

• <category>.<subcategory>.<action>：news.sports.update、weather.alert.severe

4. 使用场景

主题交换机适用于需要复杂、灵活的消息路由场景：

• 新闻订阅系统：用户可以根据兴趣订阅特定主题（如sports.*、*.finance）

• 物联网设备监控：按设备类型、地理位置、告警级别路由消息

• 微服务事件总线：基于事件类型和来源进行精细路由

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二、实操部分：构建智能新闻分发系统

我们将构建一个新闻分发系统，其中：

• 生产者发送带有分类路由键的新闻消息

• 消费者可以根据兴趣订阅特定模式的新闻

第1步：创建项目

1. 创建一个新的解决方案。

2. 添加一个控制台应用程序项目作为生产者：EmitLogTopic。

3. 添加多个消费者项目：

   • ReceiveNewsAll - 接收所有新闻

   • ReceiveSportsNews - 接收所有体育新闻

   • ReceiveUSNews - 接收所有美国新闻

   • ReceiveCriticalAlerts - 接收所有紧急警报

   • ReceiveWeatherUpdates - 接收所有天气更新

4. 为所有项目添加RabbitMQ.Client NuGet包。

第2步：编写新闻生产者（EmitLogTopic.cs）

using System.Text;
using RabbitMQ.Client;

var factory = new ConnectionFactory() { HostName = "localhost", UserName = "myuser", Password = "mypassword" };

using (var connection = factory.CreateConnection())
using (var channel = connection.CreateModel())
{
    // 声明主题交换机
    channel.ExchangeDeclare(exchange: "topic_logs", type: ExchangeType.Topic);

    // 路由键格式：<category>.<region>.<severity>
    // 示例：news.usa.info, sports.europe.alert, weather.asia.critical
    var routingKey = (args.Length > 0) ? args[0] : "anonymous.info";
    var message = (args.Length > 1) ? string.Join(" ", args.Skip(1).ToArray()) : "Hello World!";
    var body = Encoding.UTF8.GetBytes(message);

    channel.BasicPublish(exchange: "topic_logs",
                         routingKey: routingKey,
                         basicProperties: null,
                         body: body);

    Console.WriteLine($" [x] Sent '{routingKey}':'{message}'");
}

Console.WriteLine(" Press [enter] to exit.");
Console.ReadLine();

第3步：编写接收所有新闻的消费者（ReceiveNewsAll.cs）

using System.Text;
using RabbitMQ.Client;
using RabbitMQ.Client.Events;

var factory = new ConnectionFactory() { HostName = "localhost", UserName = "myuser", Password = "mypassword" };

using (var connection = factory.CreateConnection())
using (var channel = connection.CreateModel())
{
    channel.ExchangeDeclare(exchange: "topic_logs", type: ExchangeType.Topic);
    var queueName = channel.QueueDeclare().QueueName;

    // 使用 # 匹配所有消息
    channel.QueueBind(queue: queueName, exchange: "topic_logs", routingKey: "#");

    Console.WriteLine($" [*] Waiting for ALL news. Queue: {queueName}");

    var consumer = new EventingBasicConsumer(channel);
    consumer.Received += (model, ea) =>
    {
        var body = ea.Body.ToArray();
        var message = Encoding.UTF8.GetString(body);
        Console.WriteLine($" [x] [ALL] Received '{ea.RoutingKey}':'{message}'");
    };

    channel.BasicConsume(queue: queueName, autoAck: true, consumer: consumer);
    Console.WriteLine(" Press [enter] to exit.");
    Console.ReadLine();
}

第4步：编写接收体育新闻的消费者（ReceiveSportsNews.cs）

using System.Text;
using RabbitMQ.Client;
using RabbitMQ.Client.Events;

var factory = new ConnectionFactory() { HostName = "localhost", UserName = "myuser", Password = "mypassword" };

using (var connection = factory.CreateConnection())
using (var channel = connection.CreateModel())
{
    channel.ExchangeDeclare(exchange: "topic_logs", type: ExchangeType.Topic);
    var queueName = channel.QueueDeclare().QueueName;

    // 匹配所有体育相关的新闻：sports.*.*
    channel.QueueBind(queue: queueName, exchange: "topic_logs", routingKey: "sports.#");

    Console.WriteLine($" [*] Waiting for SPORTS news. Queue: {queueName}");

    var consumer = new EventingBasicConsumer(channel);
    consumer.Received += (model, ea) =>
    {
        var body = ea.Body.ToArray();
        var message = Encoding.UTF8.GetString(body);
        Console.WriteLine($" [x] [SPORTS] Received '{ea.RoutingKey}':'{message}'");
    };

    channel.BasicConsume(queue: queueName, autoAck: true, consumer: consumer);
    Console.WriteLine(" Press [enter] to exit.");
    Console.ReadLine();
}

第5步：编写接收美国新闻的消费者（ReceiveUSNews.cs）

using System.Text;
using RabbitMQ.Client;
using RabbitMQ.Client.Events;

var factory = new ConnectionFactory() { HostName = "localhost", UserName = "myuser", Password = "mypassword" };

using (var connection = factory.CreateConnection())
using (var channel = connection.CreateModel())
{
    channel.ExchangeDeclare(exchange: "topic_logs", type: ExchangeType.Topic);
    var queueName = channel.QueueDeclare().QueueName;

    // 匹配所有美国相关的新闻：*.usa.*
    channel.QueueBind(queue: queueName, exchange: "topic_logs", routingKey: "*.usa.*");

    Console.WriteLine($" [*] Waiting for USA news. Queue: {queueName}");

    var consumer = new EventingBasicConsumer(channel);
    consumer.Received += (model, ea) =>
    {
        var body = ea.Body.ToArray();
        var message = Encoding.UTF8.GetString(body);
        Console.WriteLine($" [x] [USA] Received '{ea.RoutingKey}':'{message}'");
    };

    channel.BasicConsume(queue: queueName, autoAck: true, consumer: consumer);
    Console.WriteLine(" Press [enter] to exit.");
    Console.ReadLine();
}

第6步：编写接收紧急警报的消费者（ReceiveCriticalAlerts.cs）

using System.Text;
using RabbitMQ.Client;
using RabbitMQ.Client.Events;

var factory = new ConnectionFactory() { HostName = "localhost", UserName = "myuser", Password = "mypassword" };

using (var connection = factory.CreateConnection())
using (var channel = connection.CreateModel())
{
    channel.ExchangeDeclare(exchange: "topic_logs", type: ExchangeType.Topic);
    var queueName = channel.QueueDeclare().QueueName;

    // 匹配所有紧急级别的消息：*.*.critical
    channel.QueueBind(queue: queueName, exchange: "topic_logs", routingKey: "*.*.critical");

    Console.WriteLine($" [*] Waiting for CRITICAL alerts. Queue: {queueName}");

    var consumer = new EventingBasicConsumer(channel);
    consumer.Received += (model, ea) =>
    {
        var body = ea.Body.ToArray();
        var message = Encoding.UTF8.GetString(body);
        Console.WriteLine($" [x] [CRITICAL] Received '{ea.RoutingKey}':'{message}'");
        Console.WriteLine("    -> Sending emergency notification!");
    };

    channel.BasicConsume(queue: queueName, autoAck: true, consumer: consumer);
    Console.WriteLine(" Press [enter] to exit.");
    Console.ReadLine();
}

第7步：编写接收天气更新的消费者（ReceiveWeatherUpdates.cs）

using System.Text;
using RabbitMQ.Client;
using RabbitMQ.Client.Events;

var factory = new ConnectionFactory() { HostName = "localhost", UserName = "myuser", Password = "mypassword" };

using (var connection = factory.CreateConnection())
using (var channel = connection.CreateModel())
{
    channel.ExchangeDeclare(exchange: "topic_logs", type: ExchangeType.Topic);
    var queueName = channel.QueueDeclare().QueueName;

    // 匹配所有天气相关的更新：weather.*
    // 一个队列可以绑定多个模式
    channel.QueueBind(queue: queueName, exchange: "topic_logs", routingKey: "weather.#");
    channel.QueueBind(queue: queueName, exchange: "topic_logs", routingKey: "*.alert"); // 也接收所有警报

    Console.WriteLine($" [*] Waiting for WEATHER updates and ALERTS. Queue: {queueName}");

    var consumer = new EventingBasicConsumer(channel);
    consumer.Received += (model, ea) =>
    {
        var body = ea.Body.ToArray();
        var message = Encoding.UTF8.GetString(body);
        Console.WriteLine($" [x] [WEATHER/ALERT] Received '{ea.RoutingKey}':'{message}'");
    };

    channel.BasicConsume(queue: queueName, autoAck: true, consumer: consumer);
    Console.WriteLine(" Press [enter] to exit.");
    Console.ReadLine();
}

第8步：运行与演示

1. 启动所有消费者

   打开六个终端窗口，分别运行所有消费者程序。

2. 发送各种类型的新闻消息

   cd EmitLogTopic
   
   # 发送体育新闻
   dotnet run "sports.usa.score" "Team USA wins gold medal"
   dotnet run "sports.europe.update" "Champions League finals scheduled"
   
   # 发送美国相关新闻
   dotnet run "news.usa.politics" "Election results announced"
   dotnet run "tech.usa.innovation" "Silicon Valley startup raises $10M"
   
   # 发送紧急警报
   dotnet run "weather.usa.critical" "Tornado warning for Midwest"
   dotnet run "safety.europe.critical" "Security alert: System maintenance"
   
   # 发送天气更新
   dotnet run "weather.asia.update" "Monsoon season begins"
   dotnet run "news.europe.alert" "Breaking: Major announcement"
   
   # 发送其他消息
   dotnet run "entertainment.hollywood.gossip" "Celebrity wedding announced"

3. 观察路由结果并分析模式匹配

   消息路由键	ALL	SPORTS	USA	CRITICAL	WEATHER/ALERT
   sports.usa.score	✅	✅	✅	❌	❌
   sports.europe.update	✅	✅	❌	❌	❌
   news.usa.politics	✅	❌	✅	❌	❌
   tech.usa.innovation	✅	❌	✅	❌	❌
   weather.usa.critical	✅	❌	✅	✅	✅
   safety.europe.critical	✅	❌	❌	✅	✅ (*.alert)
   weather.asia.update	✅	❌	❌	❌	✅
   news.europe.alert	✅	❌	❌	❌	✅ (*.alert)
   entertainment.hollywood.gossip	✅	❌	❌	❌	❌

4. 测试复杂场景

   • 发送 weather.alert.severe.critical - 观察哪些消费者能收到

   • 发送 sports.alert - 测试多个模式的匹配

   • 在管理后台查看绑定关系，理解通配符的实际效果

第9步：通配符规则详解示例

为了更好理解通配符，让我们看一些匹配示例：

绑定键 *.orange.* 的匹配情况：

• ✅ quick.orange.rabbit (匹配)

• ✅ lazy.orange.elephant (匹配)

• ❌ quick.orange.fox.lazy (不匹配 - 四个单词)

• ❌ orange (不匹配 - 只有一个单词)

• ❌ quick.brown.fox (不匹配 - 中间不是orange)

绑定键 lazy.# 的匹配情况：

• ✅ lazy (匹配)

• ✅ lazy.fox (匹配)

• ✅ lazy.brown.fox (匹配)

• ✅ lazy.pink.fox.jumps.over (匹配)

• ❌ quick.lazy.fox (不匹配 - 第一个单词不是lazy)

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本章总结

在这一章中，我们深入学习了RabbitMQ中最强大的主题交换机，掌握了基于模式匹配的复杂消息路由：

1. 主题交换机（Topic Exchange）：理解了基于通配符的模式匹配路由机制。

2. 通配符规则：掌握了*（匹配一个单词）和#（匹配零个或多个单词）的使用方法。

3. 路由键设计：学习了使用点号分隔的层次化路由键设计最佳实践。

4. 复杂路由场景：实现了支持多维度过滤的智能新闻分发系统。

5. 多重模式绑定：掌握了单个队列绑定多个模式的高级用法。

主题交换机提供了无与伦比的灵活性，是构建复杂事件驱动系统的理想选择。在下一章，我们将转向另一个重要主题：消息可靠性保障，学习如何确保消息在复杂的分布式环境中绝不丢失。