RabbitMQのキューの種類をまとめた

RabbitMQは、メッセージングプロトコルAMQPに基づいた強力なメッセージブローカーです。この記事では、RabbitMQにおけるExchange（エクスチェンジ）とキューの基本的な仕組みを解説し、その上でさまざまなキューの種類についてご紹介します。

1.RabbitMQの基本的な仕組み

メッセージフローの全体像

RabbitMQは、メッセージの生産者（Producer）から消費者（Consumer）へメッセージを効率的にルーティングする仕組みです。このルーティングは主に次の3つの要素で構成されます：

Producer: メッセージを生成する役割
Exchange: メッセージを適切なキューにルーティングする役割
Queue: メッセージを蓄積し、コンシューマに提供する役割

Exchangeの役割

Producerが送信したメッセージは、まずExchangeに送られます。Exchangeはメッセージの振り分け役で、メッセージを受け取ると、指定されたルーティングルールに基づき、どのキューにメッセージを送るかを決定します。

Exchangeの種類には、主に以下の4つがあります：

Direct Exchange: メッセージに付加されたルーティングキーが、キューのバインディングキーと完全一致した場合にメッセージを送る。
Topic Exchange: ルーティングキーにワイルドカード（*や#）を使用して、複数のキューに柔軟にメッセージをルーティング。
Fanout Exchange: すべてのバインドされたキューにメッセージを送る（ブロードキャスト型）。
Headers Exchange: メッセージのヘッダー情報に基づいてルーティング。

キューの役割

Exchangeからルーティングされたメッセージはキューに入り、コンシューマが取り出して処理を行います。キューは、メッセージを一時的に保存するバッファの役割を果たし、非同期メッセージ処理のために欠かせない要素です。

2.RabbitMQキューの種類

RabbitMQは、多様なキュータイプを提供しており、アプリケーションの要件に応じて選択することができます。以下では、主要なキュータイプについてそれぞれ説明します。

2.1 通常キュー(Classc Queue)

RabbitMQの基本的なキューで、メッセージをFIFO（First In, First Out - 先入れ先出し）の順序で処理します。
特徴:

• FIFO動作
• 最大メッセージ数やTTL（有効期限）を設定可能
• メッセージはメモリやディスクに保存

2.2 優先度付きキュー（Priority Queue）

メッセージに優先度を設定し、より重要なメッセージを先に処理するキューです。
優先度は、メッセージごとにヘッダーとして指定します。Producerがメッセージを送信する際に、メッセージのプロパティに優先度を設定します。

var properties = channel.CreateBasicProperties();
properties.Priority = 5;  // 優先度を5に設定
//メッセージをExchangeへ送信
channel.BasicPublish(exchange: "",
                     routingKey: "priority_queue",
                     basicProperties: properties,
                     body: messageBody);

特徴:

• 優先度に基づいてメッセージを処理
• キューごとに異なる優先度の数を設定可能

使用シーン:

• 緊急度/重要度に応じてリクエストを処理したい場合に最適。例えば、大量のリクエストが発生する状況で、重要なクエストや通知を優先的に配信する必要がある場合など。

2.3 遅延キュー（Delayed Message Queue）

メッセージを指定した時間後に処理する機能を持つキューです。

特徴:

• メッセージが一定時間キューに留まり、その後に配信
• 「x-delayed-message」プラグインが必要

使用シーン:

• 再試行メカニズム システムエラーや一時的な障害が発生した場合、失敗したタスクをすぐに再試行するのではなく、一定時間経過後に再試行することで、処理の安定性を向上させることができます。
  例えば、外部APIへのアクセスが一時的にダウンしている場合、すぐに再試行しても同じ失敗を繰り返す可能性が高いですが、数分後に遅延して再試行すれば問題が解消される可能性が高くなります。
• リマインダーや通知 ユーザーに特定の時間後に通知を送りたい場合、遅延キューを使ってメッセージを遅らせ、設定したタイミングでリマインダーを配信できます。
  例えば、会議の開始1時間前にリマインダーを送信するようなシステムでは、会議が設定された時点で「1時間前に通知するメッセージ」を遅延キューに投入しておきます。遅延時間が過ぎた後、通知メッセージが処理されます。

2.4 ワークキュー（Work Queue）

複数のワーカーが並行してメッセージを処理できるキューで、負荷分散が実現されます。

特徴:

• メッセージが複数のコンシューマに分配される
• 公平分配（Fair Dispatch）により、コンシューマの負担に応じたメッセージの配信が可能

使用シーン:

• 並列タスク処理やバッチ処理

2.5 ミラーリングキュー（Mirrored Queue）

ミラーリングキューは、RabbitMQクラスタ内でキューを複数のノードに複製（ミラーリング）して管理するタイプのキューです。高可用性を実現するために使用され、RabbitMQの「High Availability（HA）」モードで動作します。

特徴:

• 自動フェイルオーバーと可用性
  メッセージを含むキュー全体が複数のノードに複製されます。ミラーリングされたキューのマスターノードがダウンすると、スレーブノードの1つが自動的に新しいマスターとして昇格し、処理を継続します。
• パフォーマンスへの影響
  キューのミラーリングには、メッセージを複数のノードに同期するオーバーヘッドが発生します。ネットワークやディスクの負荷が増加し、パフォーマンスが低下する可能性があります。そのため、パフォーマンスと高可用性のバランスを考慮する必要があります。

使用シーン:

• ダウンタイムを極力抑えたいシステム
• 高可用性が必要なシステム
• クラスタ構成されたRabbitMQシステム

2.6 デッドレターキュー（Dead Letter Queue）

メッセージが処理されなかった場合や、期限切れになった場合にメッセージを別のキューに移す仕組みです。

特徴:

• 処理に失敗したメッセージを追跡可能
• 再試行やエラー分析に使用可能

使用シーン:

• リトライメカニズム
• エラーの追跡

2.7 ストリームキュー

メッセージストリームを処理するためのキューです。大量のメッセージを効率的に処理できます。

特徴:

• 高スループットのメッセージ処理
• メッセージの再取得や過去のメッセージ処理が可能

使用シーン:

• リアルタイムデータ処理

3.総括

RabbitMQは、Exchangeによる柔軟なルーティングと多彩なキュータイプを組み合わせることで、様々な要件に対応できます。キューの種類とExchangeの使い分けによって、非同期メッセージ処理を効率的に実現し、システムのスケーラビリティや可用性を高めることができます。RabbitMQを使ったシステム設計において、どのキューが最適かを慎重に選び、必要なパフォーマンスや要件を満たすようにしましょう。