TCP窗口被填满问题的排查实践
作者：踩刀诗人
问题背景：
某日17:12左右，收到实施人员投诉，有部分设备不能正常升级、收不到控制台下发的指令等问题，同事查看control工程（后面简称control）那边的日志，发现control没有收到设备上报的影子信息，所以没有下发指令。control工程直接对接设备，根据设备上报的信息对设备下发一些指令及配置信息，包括升级、上报日志等，IoT平台上线之前control依赖心跳上报来获取设备的当前信息，IoT平台上线之后依赖设备影子信息来获取设备的当前信息，control会订阅设备的影子信息，但影子信息是由影子服务（简称IoT）转发过去的，它不直接对接设备影子上报，具体流转细节，
请看这下面两个图：
应用程序（control）获取设备状态
应用程序（control）下发设备指令
得知control收不到影子消息以后，我立马去rabbitmq的控制台查看是否有消息，
确定两个事：
1.设备是否上报了消息
2.rabbitmq是否正常
下面图1、图2是当时截取的rabbitmq控制台的两个图，从图1可以很清楚的确定设备是有消息上报的，但是有很多消息是unacked（说明已经投递给了消费者，只是消费者没有ack而已，理论上等待一段时间就能正常）的，具体是哪个队列堆积unacked的消息请看图2，“spacebridgeiot-shadow”正是我们用来接收设备上报的影子信息的队列，消息都被堆积到队列了所以没有转发到control也是合理的，观察了一段时间发现unacked的数量变成了0，但是total的总数确没有太大变化，给人的感觉像是unacked的消息重新回到了消息队列里等待投递，果然过了几分钟以后又发现有大量unacked的消息，过了几分钟以后这部分unacked的消息重新回到队列里，control那边依然没有收到消息，这时查看IoT那边的日志发现竟然没有影子消息进来，在rabbitmq的控制台查看“spacebridgeiot-shadow”这个队列下居然没有消费者了，如图3所示。
这时查看rabbitmq的日志确实有错误信息，如图4所示，rabbitmq主动关闭了连接。
图1：rabbitmq概览图
图2：rabbitmq队列统计图
图3：spacebridgeiot-shadow 概览
图4：rabbitmq报错信息
临时解决方案：
由于当时已经有大量投诉过来了，所以采用了比较暴力的解决办法“将堆积的消息删除”，删除以后果然正常了（备注：线上问题必须尽快解决，没有时间允许我们去分析日志然后有条不紊的解决，必须快）。
通过线下环境复现问题：
- 1.往10.200.41.166环境的rabbitmq的队列“mirrorTestQueue”堆积大量消息（起码万级）
- 2.停掉mirrorTestQueue的消费者，待堆积完成以后重新启动
- 3.堆积完成，重新启动消费者
和我们设想的一样，几秒内有几千条消息推给了消费者，持续几分钟以后rabbitmq主动关闭了和消费者之间的连接，这时从控制台看不到队列的消费者。
由于我们的消费者设置了自动恢复，所以过一阵又会自动连上，但很快又会被断连，和我们线上遇到的问题基本一样，究竟是什么导致了这个问题呢？说实话当时没有什么思路，网上找了一圈也没找到什么特别满意的答案（当时没有抓到问题的本质，搜的关键词太泛了），后来我们猜测可能是TCP层面出了什么问题，所以决定抓包试试能不能找到什么端倪。
果然，幸运的事情发生了，话不多说，直接上图。
13:06:25.643428之前rabbitmq还一直在给消费者推消息，直到13:06:25.643428这个时间点，开始出现消费者tcp窗口被打满的情况，大概持续了30秒左右，rabbitmq主动断开了连接（发了一个rst包），之后消费者重连，然后窗口又继续被打满，又持续30秒左右继续被断连。
感觉还挺有规律，每次持续30s，感觉是可配置的一个参数，大概总结一下就是“tcp full window导致了服务端主动rst连接，而且还有规律”
这次换了一下搜索的关键词找到了答案，rabbitmq有一个参数叫tcp_listen_options.send_timeout 是来控制写超时的一个参数，当写超时了以后就会触发tcp的RST(https://github.com/rabbitmq/rabbitmq-java-client/issues/341)，修改一下试试效果如何：
1. 将写超时时间改成10s
tcp_listen_options.send_timeout = 10000
2.抓包看看是否起作用
可以看到从窗口满到关闭连接持续10s左右，说明这个参数是起作用的。
现象复盘：
由于rabbitmq的消费端没有设置prefetch所以rabbitmq一次性给消费端投递了过多的消息，从而导致消费端的 tcp 窗口被占满，进而触发了rabbitmq 的tcp_listen_options.send_timeout，这个写超时达到一个阈值后会触发rabbitmq断开消费者的tcp 连接。
终极解决方案：
之前删除消息只是迫不得已的方案，虽然解决了问题但太暴力，我们需要找到一个优雅的方案来应对，既然是推给消费者的消息太多造成了tcp窗口被打满，那我们就应该在接收速率上下点功夫，在连接rabbitmq的时候告诉它别给我发太多就行。
后面这段话摘自 https://www.jb51.net/article/236407.htm
rabbitmq有一个属性叫prefetch
prefetch是指单一消费者最多能消费的unacked messages数目。
如何理解呢？mq为每一个 consumer设置一个缓冲区，大小就是prefetch。每次收到一条消息，MQ会把消息推送到缓存区中，然后再推送给客户端。当收到一个ack消息时(consumer 发出baseack指令)，mq会从缓冲区中空出一个位置，然后加入新的消息。但是这时候如果缓冲区是满的，MQ将进入堵塞状态。更具体点描述，假设prefetch值设为10，共有两个consumer。也就是说每个consumer每次会从queue中预抓取 10 条消息到本地缓存着等待消费。同时该channel的unacked数变为20。而Rabbit投递的顺序是，先为consumer1投递满10个message，再往consumer2投递10个message。如果这时有新message需要投递，先判断channel的unacked数是否等于20，如果是则不会将消息投递到consumer中，message继续呆在queue中。之后其中consumer对一条消息进行ack，unacked此时等于19，Rabbit就判断哪个consumer的unacked少于10，就投递到哪个consumer中。
具体到代码里就是
如何评估这个值呢，rabbitmq官方有个文章说的很好，就不细说了，我们的系统中目前设置的是20。
https://www.rabbitmq.com/blog/2012/05/11/some-queuing-theory-throughput-latency-and-bandwidth/
结束语：
对于关键组件的使用一定要熟悉其api，理解各个参数的含义和语法，当出现问题时不要局限于组件层面排查，必要的时候需要深入到底层，比如网络，操作系统等。
以上就是TCP窗口被填满问题的排查实践的详细内容，更多关于TCP窗口填满问题排查的资料请关注脚本之家其它相关文章！