Redis延遲隊列和分佈式延遲隊列的簡答實現
最近，又重新學習瞭下Redis，Redis不僅能快還能慢，簡直利器，今天就為大傢介紹一下Redis延遲隊列和分佈式延遲隊列的簡單實現。
在我們的工作中，很多地方使用延遲隊列，比如訂單到期沒有付款取消訂單，制訂一個提醒的任務等都需要延遲隊列，那麼我們需要實現延遲隊列。我們本文的梗概如下，同學們可以選擇性閱讀。
1. 實現一個簡單的延遲隊列。
我們知道目前JAVA可以有DelayedQueue,我們首先開一個DelayQueue的結構類圖。DelayQueue實現瞭Delay、BlockingQueue接口。也就是DelayQueue是一種阻塞隊列。
我們在看一下Delay的類圖。Delayed接口也實現瞭Comparable接口，也就是我們使用Delayed的時候需要實現CompareTo方法。因為隊列中的數據需要排一下先後，根據我們自己的實現。Delayed接口裡邊有一個方法就是getDelay方法，用於獲取延遲時間，判斷是否時間已經到瞭延遲的時間，如果到瞭延遲的時間就可以從隊列裡邊獲取瞭。
我們創建一個Message類，實現瞭Delayed接口，我們主要把getDelay和compareTo進行實現。在Message的構造方法的地方傳入延遲的時間，單位是毫秒，計算好觸發時間fireTime。同時按照延遲時間的升序進行排序。我重寫瞭裡邊的toString方法，用於將Message按照我寫的方法進行輸出。
package com.hqs.delayQueue.bean;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.DelayQueue;
import java.util.concurrent.Delayed;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* @author huangqingshi
* @Date 2020-04-18
*/
public class Message implements Delayed {
private String body;
private long fireTime;
public String getBody() {
return body;
}
public long getFireTime() {
return fireTime;
}
public Message(String body, long delayTime) {
this.body = body;
this.fireTime = delayTime + System.currentTimeMillis();
}
public long getDelay(TimeUnit unit) {
return unit.convert(this.fireTime - System.currentTimeMillis(), TimeUnit.MILLISECONDS);
}
public int compareTo(Delayed o) {
return (int) (this.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS) -o.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS));
}
@Override
public String toString() {
return System.currentTimeMillis() + ":" + body;
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
System.out.println(System.currentTimeMillis() + ":start");
BlockingQueue<Message> queue = new DelayQueue<>();
Message message1 = new Message("hello", 1000 * 5L);
Message message2 = new Message("world", 1000 * 7L);
queue.put(message1);
queue.put(message2);
while (queue.size() > 0) {
System.out.println(queue.take());
}
}
}
裡邊的main方法裡邊聲明瞭兩個Message，一個延遲5秒，一個延遲7秒，時間到瞭之後會將接取出並且打印。輸出的結果如下，正是我們所期望的。
1587218430786:start
1587218435789:hello
1587218437793:world
這個方法實現起來真的非常簡單。但是缺點也是很明顯的，就是數據在內存裡邊，數據比較容易丟失。那麼我們需要采用Redis實現分佈式的任務處理。
2. 使用Redis的list實現分佈式延遲隊列。
本地需要安裝一個Redis，我自己是使用Docker構建一個Redis，非常快速，命令也沒多少。我們直接啟動Redis並且暴露6379端口。進入之後直接使用客戶端命令即可查看和調試數據。
docker pull redis docker run -itd --name redisLocal -p 6379:6379 redis docker exec -it redisLocal /bin/bash redis-cli
我本地采用spring-boot的方式連接redis，pom文件列一下，供大傢參考。
<?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>2.2.6.RELEASE</version>
<relativePath/> <!-- lookup parent from repository -->
</parent>
<groupId>com.hqs</groupId>
<artifactId>delayQueue</artifactId>
<version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
<name>delayQueue</name>
<description>Demo project for Spring Boot</description>
<properties>
<java.version>1.8</java.version>
</properties>
<dependencies>
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
<scope>test</scope>
<exclusions>
<exclusion>
<groupId>org.junit.vintage</groupId>
<artifactId>junit-vintage-engine</artifactId>
</exclusion>
</exclusions>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>redis.clients</groupId>
<artifactId>jedis</artifactId>
<version>2.9.0</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-devtools</artifactId>
<scope>runtime</scope>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.projectlombok</groupId>
<artifactId>lombok</artifactId>
<optional>true</optional>
</dependency>
</dependencies>
<build>
<plugins>
<plugin>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
</plugin>
</plugins>
</build>
</project>
加上Redis的配置放到application.properties裡邊即可實現Redis連接，非常的方便。
# redis redis.host=127.0.0.1 redis.port=6379 redis.password= redis.maxIdle=100 redis.maxTotal=300 redis.maxWait=10000 redis.testOnBorrow=true redis.timeout=100000
接下來實現一個基於Redis的list數據類型進行實現的一個類。我們使用RedisTemplate操作Redis，這個裡邊封裝好我們所需要的Redis的一些方法，用起來非常方便。這個類允許延遲任務做多有10W個，也是避免數據量過大對Redis造成影響。如果在線上使用的時候也需要考慮延遲任務的多少。太多幾百萬幾千萬的時候可能數據量非常大，我們需要計算Redis的空間是否夠。這個代碼也是非常的簡單，一個用於存放需要延遲的消息，采用offer的方法。另外一個是啟動一個線程， 如果消息時間到瞭，那麼就將數據lpush到Redis裡邊。
package com.hqs.delayQueue.cache;
import com.hqs.delayQueue.bean.Message;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
/**
* @author huangqingshi
* @Date 2020-04-18
*/
@Slf4j
public class RedisListDelayedQueue{
private static final int MAX_SIZE_OF_QUEUE = 100000;
private RedisTemplate<String, String> redisTemplate;
private String queueName;
private BlockingQueue<Message> delayedQueue;
public RedisListDelayedQueue(RedisTemplate<String, String> redisTemplate, String queueName, BlockingQueue<Message> delayedQueue) {
this.redisTemplate = redisTemplate;
this.queueName = queueName;
this.delayedQueue = delayedQueue;
init();
}
public void offerMessage(Message message) {
if(delayedQueue.size() > MAX_SIZE_OF_QUEUE) {
throw new IllegalStateException("超過隊列要求最大值，請檢查");
}
try {
log.info("offerMessage:" + message);
delayedQueue.offer(message);
} catch (Exception e) {
log.error("offMessage異常", e);
}
}
public void init() {
new Thread(() -> {
while(true) {
try {
Message message = delayedQueue.take();
redisTemplate.opsForList().leftPush(queueName, message.toString());
} catch (InterruptedException e) {
log.error("取消息錯誤", e);
}
}
}).start();
}
}
接下來我們看一下，我們寫一個測試的controller。大傢看一下這個請求/redis/listDelayedQueue的代碼位置。我們也是生成瞭兩個消息，然後把消息放到隊列裡邊，另外我們在啟動一個線程任務，用於將數據從Redis的list中獲取。方法也非常簡單。
package com.hqs.delayQueue.controller;
import com.hqs.delayQueue.bean.Message;
import com.hqs.delayQueue.cache.RedisListDelayedQueue;
import com.hqs.delayQueue.cache.RedisZSetDelayedQueue;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
import org.springframework.stereotype.Controller;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.ResponseBody;
import java.util.Set;
import java.util.concurrent.*;
/**
* @author huangqingshi
* @Date 2020-04-18
*/
@Slf4j
@Controller
public class DelayQueueController {
private static final int CORE_SIZE = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
//註意RedisTemplate用的String,String，後續所有用到的key和value都是String的
@Autowired
RedisTemplate<String, String> redisTemplate;
private static ThreadPoolExecutor taskExecPool = new ThreadPoolExecutor(CORE_SIZE, CORE_SIZE, 0, TimeUnit.SECONDS,
new LinkedBlockingDeque<>());
@GetMapping("/redisTest")
@ResponseBody
public String redisTest() {
redisTemplate.opsForValue().set("a","b",60L, TimeUnit.SECONDS);
System.out.println(redisTemplate.opsForValue().get("a"));
return "s";
}
@GetMapping("/redis/listDelayedQueue")
@ResponseBody
public String listDelayedQueue() {
Message message1 = new Message("hello", 1000 * 5L);
Message message2 = new Message("world", 1000 * 7L);
String queueName = "list_queue";
BlockingQueue<Message> delayedQueue = new DelayQueue<>();
RedisListDelayedQueue redisListDelayedQueue = new RedisListDelayedQueue(redisTemplate, queueName, delayedQueue);
redisListDelayedQueue.offerMessage(message1);
redisListDelayedQueue.offerMessage(message2);
asyncListTask(queueName);
return "success";
}
@GetMapping("/redis/zSetDelayedQueue")
@ResponseBody
public String zSetDelayedQueue() {
Message message1 = new Message("hello", 1000 * 5L);
Message message2 = new Message("world", 1000 * 7L);
String queueName = "zset_queue";
BlockingQueue<Message> delayedQueue = new DelayQueue<>();
RedisZSetDelayedQueue redisZSetDelayedQueue = new RedisZSetDelayedQueue(redisTemplate, queueName, delayedQueue);
redisZSetDelayedQueue.offerMessage(message1);
redisZSetDelayedQueue.offerMessage(message2);
asyncZSetTask(queueName);
return "success";
}
public void asyncListTask(String queueName) {
taskExecPool.execute(() -> {
for(;;) {
String message = redisTemplate.opsForList().rightPop(queueName);
if(message != null) {
log.info(message);
}
}
});
}
public void asyncZSetTask(String queueName) {
taskExecPool.execute(() -> {
for(;;) {
Long nowTimeInMs = System.currentTimeMillis();
System.out.println("nowTimeInMs:" + nowTimeInMs);
Set<String> messages = redisTemplate.opsForZSet().rangeByScore(queueName, 0, nowTimeInMs);
if(messages != null && messages.size() != 0) {
redisTemplate.opsForZSet().removeRangeByScore(queueName, 0, nowTimeInMs);
for (String message : messages) {
log.info("asyncZSetTask:" + message + " " + nowTimeInMs);
}
log.info(redisTemplate.opsForZSet().zCard(queueName).toString());
}
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
}
}
我就不把運行結果寫出來瞭，感興趣的同學自己自行試驗。當然這個方法也是從內存中拿出數據，到時間之後放到Redis裡邊，還是會存在程序啟動的時候，任務進行丟失。我們繼續看另外一種方法更好的進行這個問題的處理。
3.使用Redis的zSet實現分佈式延遲隊列。
我們需要再寫一個ZSet的隊列處理。下邊的offerMessage主要是把消息直接放入緩存中。采用Redis的ZSET的zadd方法。zadd(key, value, score) 即將key=value的數據賦予一個score, 放入緩存中。score就是計算出來延遲的毫秒數。
package com.hqs.delayQueue.cache;
import com.hqs.delayQueue.bean.Message;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
/**
* @author huangqingshi
* @Date 2020-04-18
*/
@Slf4j
public class RedisZSetDelayedQueue {
private static final int MAX_SIZE_OF_QUEUE = 100000;
private RedisTemplate<String, String> redisTemplate;
private String queueName;
private BlockingQueue<Message> delayedQueue;
public RedisZSetDelayedQueue(RedisTemplate<String, String> redisTemplate, String queueName, BlockingQueue<Message> delayedQueue) {
this.redisTemplate = redisTemplate;
this.queueName = queueName;
this.delayedQueue = delayedQueue;
}
public void offerMessage(Message message) {
if(delayedQueue.size() > MAX_SIZE_OF_QUEUE) {
throw new IllegalStateException("超過隊列要求最大值，請檢查");
}
long delayTime = message.getFireTime() - System.currentTimeMillis();
log.info("zset offerMessage" + message + delayTime);
redisTemplate.opsForZSet().add(queueName, message.toString(), message.getFireTime());
}
}
上邊的Controller方法已經寫好瞭測試的方法。/redis/zSetDelayedQueue，裡邊主要使用ZSet的zRangeByScore(key, min, max)。主要是從score從0，當前時間的毫秒數獲取。取出數據後再采用removeRangeByScore，將數據刪除。這樣數據可以直接寫到Redis裡邊，然後取出數據後直接處理。這種方法比前邊的方法稍微好一些，但是實際上還存在一些問題，因為依賴Redis，如果Redis內存不足或者連不上的時候，系統將變得不可用。
4. 總結一下，另外還有哪些可以延遲隊列。
上面的方法其實還是存在問題的，比如系統重啟的時候還是會造成任務的丟失。所以我們在生產上使用的時候，我們還需要將任務保存起來，比如放到數據庫和文件存儲系統將數據存儲起來，這樣做到double-check，雙重檢查，最終達到任務的99.999%能夠處理。
其實還有很多東西可以實現延遲隊列。
1) RabbitMQ就可以實現此功能。這個消息隊列可以把數據保存起來並且進行處理。
2）Kafka也可以實現這個功能。
3）Netty的HashedWheelTimer也可以實現這個功能。
最後放上我的代碼： https://github.com/stonehqs/delayQueue
到此這篇關於Redis延遲隊列和分佈式延遲隊列的簡答實現的文章就介紹到這瞭,更多相關Redis延遲隊列和分佈式延遲隊列內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！
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