消息队列系列（五）：NATS & JetStream 云原生轻量级消息系统

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别着急，坐和放宽

消息队列系列（五）：NATS & JetStream 云原生轻量级消息系统

前言：如果说 Kafka 是重型卡车，NATS 就是 F1 赛车。NATS 是 CNCF（云原生计算基金会）毕业项目，以简单、安全和 高性能 著称。它的设计哲学是“做少而精的事”，在云原生和微服务架构中异军突起。

一、 NATS 的双重人格

NATS 包含两个核心部分，针对完全不同的场景，理解这一点至关重要：

Core NATS（传统的 NATS）：
- 特性：Fire-and-forget（发后即焚），At-most-once（最多一次）。纯内存消息系统，不持久化。
- 优势：极度轻量，毫秒级延迟，单节点可达千万级 QPS。
- 场景：服务发现、实时位置更新、控制指令、RPC（Request-Reply）。
NATS JetStream (2.0+ 引入)：
- 特性：持久化，At-least-once（至少一次），支持回放。
- 定位：构建在 Core NATS 之上的持久化引擎，对标 Kafka/RabbitMQ。
- 优势：支持大容量流存储，支持 Key-Value 存储 (KV)，支持 Object Store。

二、 Core NATS：极简通信

Core NATS 是 NATS 的基石，它的核心概念是 Subject-Based Addressing（基于主题的寻址）。

1. 灵活的主题 (Subjects)

NATS 没有 IP 和端口的概念，消费者监听的是 Subject。Subject 是区分大小写的字符串，支持通配符：

点号分隔：time.us.east
单级通配符 *：time.*.east (匹配 time.us.east, time.eu.east，但不匹配 time.us.east.atlanta)
多级通配符 >：time.> (匹配 time.us，time.us.east，time.us.east.atlanta，必须在末尾)

2. 三种通信模式

Pub/Sub (发布订阅)：标准的广播模式。一对多，生产者发送，所有在线的订阅者都能收到。
Request-Reply (请求响应)：
- NATS 的杀手级特性。Client A 发送请求到 help，自动附带一个临时的 reply-to subject。
- Server B 收到后，处理并把结果发回 reply-to。
- 应用：完美替代 HTTP/gRPC 用于微服务内部通信，自带服务发现（只有在线的服务才会响应）和负载均衡。
Queue Groups (队列组)：
- 多个 Subscriber 订阅同一个 Subject 并加入同一个 Group (如 workers)。
- 效果：消息在 Group 内部进行负载均衡（随机分发），确保一条消息只被组内的一个消费者处理。

三、 JetStream：持久化与流处理

JetStream 弥补了 Core NATS 不持久化的短板，使其成为一个完整的流处理平台。

1. Stream (流)

Stream 是消息的存储容器，你可以把它看作 Kafka 的 Topic，但配置更灵活。

Storage Types：
- File：高性能文件存储（生产环境推荐）。
- Memory：内存存储，重启丢失（测试或临时缓存）。
Retention Policy (保留策略)：
- Limits：按大小 (MaxBytes) / 时间 (MaxAge) / 数量 (MaxMsgs) 限制（类似 Kafka）。
- Interest：所有当前的 Consumer 都确认消费后删除（类似 RabbitMQ）。
- WorkQueue：消息被任何一个 Consumer 消费后立即删除（做任务队列）。

2. Consumer (消费者)

JetStream 的 Consumer 是服务器端的视图，记录了消费进度。

Push Consumer：Server 主动推给 Client。适合实时性要求高的场景。
Pull Consumer：Client 主动拉取 (Fetch 或 Next)。适合批处理，能更好地控制流速（Flow Control）。

3. Key-Value Store & Object Store

NATS 甚至内置了 KV 存储和对象存储（基于 JetStream 实现），这使得你可以用 NATS 做配置中心或存放大文件，真正实现“All in NATS”。

四、高可用与集群架构

NATS 的集群设计非常独特，采用 Full Mesh（全网状）连接。

1. Gossip 协议自动发现

你只需要让新节点知道集群中任意一个现有节点的地址，它就能自动发现所有其他节点，并建立全连接。

2. Gateway (跨集群/跨地域)

对于跨数据中心或跨地域的连接，NATS 使用 Gateway 模式。

Super Cluster：将多个地域的 NATS 集群连接成一个超大集群。
Geo-Replication：JetStream 支持跨地域的流复制，实现异地多活灾备。

五、实战：Java 客户端示例

虽然 NATS 是用 Go 写的，但它的 Java 客户端也非常成熟。

1. 引入依赖

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2. 代码演示

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六、部署与运维：简单到令人发指

与其他 MQ 需要依赖 ZooKeeper、Erlang VM 或复杂的 JVM 调优不同，NATS 只有一个二进制文件 nats-server，大小不到 20MB。

1. 启动

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2. 强大的 CLI 工具

NATS 官方提供了 CLI 工具 nats，功能极其强大。

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七、总结：何时选择 NATS？

场景	推荐指数	理由
微服务 RPC	⭐⭐⭐⭐⭐	自带服务发现、负载均衡，比 HTTP/gRPC 更快更解耦。
IoT / 边缘计算	⭐⭐⭐⭐⭐	二进制极小，资源占用极低，支持 WebSocket/MQTT，适合跑在树莓派或网关上。
云原生中间件	⭐⭐⭐⭐	Kubernetes 友好，配置简单，Sidecar 模式部署方便。
高吞吐日志	⭐⭐⭐⭐	JetStream 性能强悍，但 Kafka 生态更完善。
传统企业集成	⭐⭐⭐	只有 NATS 可能不够，可能需要结合 RabbitMQ 的复杂路由能力。

NATS 代表了新一代的基础设施：轻量、单一二进制、云原生友好。如果你厌倦了维护庞大的 JVM 集群，或者在寻找一个既能做消息队列又能做服务发现的统一组件，NATS 绝对值得一试。

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前言：如果说 Kafka 是重型卡车，NATS 就是 F1 赛车。NATS 是 CNCF（云原生计算基金会）毕业项目，以简单、安全和 高性能 著称。它的设计哲学是“做少而精的事”，在云原生和微服务架构中异军突起。

一、 NATS 的双重人格

NATS 包含两个核心部分，针对完全不同的场景，理解这一点至关重要：

Core NATS（传统的 NATS）：
- 特性：Fire-and-forget（发后即焚），At-most-once（最多一次）。纯内存消息系统，不持久化。
- 优势：极度轻量，毫秒级延迟，单节点可达千万级 QPS。
- 场景：服务发现、实时位置更新、控制指令、RPC（Request-Reply）。
NATS JetStream (2.0+ 引入)：
- 特性：持久化，At-least-once（至少一次），支持回放。
- 定位：构建在 Core NATS 之上的持久化引擎，对标 Kafka/RabbitMQ。
- 优势：支持大容量流存储，支持 Key-Value 存储 (KV)，支持 Object Store。

二、 Core NATS：极简通信

Core NATS 是 NATS 的基石，它的核心概念是 Subject-Based Addressing（基于主题的寻址）。

1. 灵活的主题 (Subjects)

NATS 没有 IP 和端口的概念，消费者监听的是 Subject。Subject 是区分大小写的字符串，支持通配符：

点号分隔：time.us.east
单级通配符 *：time.*.east (匹配 time.us.east, time.eu.east，但不匹配 time.us.east.atlanta)
多级通配符 >：time.> (匹配 time.us，time.us.east，time.us.east.atlanta，必须在末尾)

2. 三种通信模式

Pub/Sub (发布订阅)：标准的广播模式。一对多，生产者发送，所有在线的订阅者都能收到。
Request-Reply (请求响应)：
- NATS 的杀手级特性。Client A 发送请求到 help，自动附带一个临时的 reply-to subject。
- Server B 收到后，处理并把结果发回 reply-to。
- 应用：完美替代 HTTP/gRPC 用于微服务内部通信，自带服务发现（只有在线的服务才会响应）和负载均衡。
Queue Groups (队列组)：
- 多个 Subscriber 订阅同一个 Subject 并加入同一个 Group (如 workers)。
- 效果：消息在 Group 内部进行负载均衡（随机分发），确保一条消息只被组内的一个消费者处理。

三、 JetStream：持久化与流处理

JetStream 弥补了 Core NATS 不持久化的短板，使其成为一个完整的流处理平台。

1. Stream (流)

Stream 是消息的存储容器，你可以把它看作 Kafka 的 Topic，但配置更灵活。

Storage Types：
- File：高性能文件存储（生产环境推荐）。
- Memory：内存存储，重启丢失（测试或临时缓存）。
Retention Policy (保留策略)：
- Limits：按大小 (MaxBytes) / 时间 (MaxAge) / 数量 (MaxMsgs) 限制（类似 Kafka）。
- Interest：所有当前的 Consumer 都确认消费后删除（类似 RabbitMQ）。
- WorkQueue：消息被任何一个 Consumer 消费后立即删除（做任务队列）。

2. Consumer (消费者)

JetStream 的 Consumer 是服务器端的视图，记录了消费进度。

Push Consumer：Server 主动推给 Client。适合实时性要求高的场景。
Pull Consumer：Client 主动拉取 (Fetch 或 Next)。适合批处理，能更好地控制流速（Flow Control）。

3. Key-Value Store & Object Store

NATS 甚至内置了 KV 存储和对象存储（基于 JetStream 实现），这使得你可以用 NATS 做配置中心或存放大文件，真正实现“All in NATS”。

四、高可用与集群架构

NATS 的集群设计非常独特，采用 Full Mesh（全网状）连接。

1. Gossip 协议自动发现

你只需要让新节点知道集群中任意一个现有节点的地址，它就能自动发现所有其他节点，并建立全连接。

2. Gateway (跨集群/跨地域)

对于跨数据中心或跨地域的连接，NATS 使用 Gateway 模式。

Super Cluster：将多个地域的 NATS 集群连接成一个超大集群。
Geo-Replication：JetStream 支持跨地域的流复制，实现异地多活灾备。

五、实战：Java 客户端示例

虽然 NATS 是用 Go 写的，但它的 Java 客户端也非常成熟。

1. 引入依赖

<dependency>
    <groupId>io.nats</groupId>
    <artifactId>jnats</artifactId>
    <version>2.16.5</version>
</dependency>

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2. 代码演示

import io.nats.client.*;

public class NatsDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 连接 NATS
        Connection nc = Nats.connect("nats://localhost:4222");

        // 1. Core NATS: 发布订阅
        Dispatcher d = nc.createDispatcher((msg) -> {
            System.out.println("收到消息: " + new String(msg.getData()));
        });
        d.subscribe("updates");

        nc.publish("updates", "Hello NATS".getBytes());

        // 2. JetStream: 持久化流
        JetStreamManagement jsm = nc.createJetStreamManagement();
        JetStream js = nc.jetStream();

        // 创建 Stream (幂等)
        StreamConfiguration streamConfig = StreamConfiguration.builder()
            .name("ORDERS")
            .subjects("orders.*")
            .storageType(StorageType.File)
            .build();
        try {
            jsm.addStream(streamConfig);
        } catch (JetStreamApiException e) {
            // Stream 已存在
        }

        // 发布消息到 Stream
        js.publish("orders.new", "Order #1234".getBytes());

        // Pull Consumer 消费
        JetStreamSubscription sub = js.subscribe("orders.*", PullSubscribeOptions.builder().durable("my-durable-consumer").build());
        for (Message m : sub.fetch(10, Duration.ofSeconds(1))) {
            System.out.println("处理订单: " + new String(m.getData()));
            m.ack(); // 确认消费
        }

        nc.close();
    }
}

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六、部署与运维：简单到令人发指

与其他 MQ 需要依赖 ZooKeeper、Erlang VM 或复杂的 JVM 调优不同，NATS 只有一个二进制文件 nats-server，大小不到 20MB。

1. 启动

# 启动服务器 (开启 JetStream)
./nats-server -js -m 8222 # 开启监控端口 8222

# 启动集群
./nats-server -cluster nats://0.0.0.0:6222 -routes nats://node-a:6222,nats://node-b:6222

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2. 强大的 CLI 工具

NATS 官方提供了 CLI 工具 nats，功能极其强大。

# 查看集群状态
nats server list

# 实时监控流量
nats server report jetstream

# 性能测试 (Bench)
# 1个发布者，1个订阅者，100万条消息
nats bench test-subject --pub 1 --sub 1 --msgs 1000000

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七、总结：何时选择 NATS？

场景	推荐指数	理由
微服务 RPC	⭐⭐⭐⭐⭐	自带服务发现、负载均衡，比 HTTP/gRPC 更快更解耦。
IoT / 边缘计算	⭐⭐⭐⭐⭐	二进制极小，资源占用极低，支持 WebSocket/MQTT，适合跑在树莓派或网关上。
云原生中间件	⭐⭐⭐⭐	Kubernetes 友好，配置简单，Sidecar 模式部署方便。
高吞吐日志	⭐⭐⭐⭐	JetStream 性能强悍，但 Kafka 生态更完善。
传统企业集成	⭐⭐⭐	只有 NATS 可能不够，可能需要结合 RabbitMQ 的复杂路由能力。

消息队列系列（五）：NATS & JetStream 云原生轻量级消息系统

消息队列系列（五）：NATS & JetStream 云原生轻量级消息系统

一、 NATS 的双重人格

二、 Core NATS：极简通信

1. 灵活的主题 (Subjects)

2. 三种通信模式

三、 JetStream：持久化与流处理

1. Stream (流)

2. Consumer (消费者)

3. Key-Value Store & Object Store

四、 高可用与集群架构

1. Gossip 协议自动发现

2. Gateway (跨集群/跨地域)

五、 实战：Java 客户端示例

1. 引入依赖

2. 代码演示

六、 部署与运维：简单到令人发指

1. 启动

2. 强大的 CLI 工具

七、 总结：何时选择 NATS？

一、 NATS 的双重人格

二、 Core NATS：极简通信

1. 灵活的主题 (Subjects)

2. 三种通信模式

三、 JetStream：持久化与流处理

1. Stream (流)

2. Consumer (消费者)

3. Key-Value Store & Object Store

四、 高可用与集群架构

1. Gossip 协议自动发现

2. Gateway (跨集群/跨地域)

五、 实战：Java 客户端示例

1. 引入依赖

2. 代码演示

六、 部署与运维：简单到令人发指

1. 启动

2. 强大的 CLI 工具

七、 总结：何时选择 NATS？

四、高可用与集群架构

五、实战：Java 客户端示例

六、部署与运维：简单到令人发指

七、总结：何时选择 NATS？

四、高可用与集群架构

五、实战：Java 客户端示例

六、部署与运维：简单到令人发指

七、总结：何时选择 NATS？