Redis进阶——redis消息队列

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redis消息队列

认识消息队列

什么是消息队列?字面意思就是存放消息的队列,最简单的消息队列模型包括3个角色

  1. 消息队列:存储和管理消息,也被称为消息代理(Message Broker)
  2. 生产者:发送消息到消息队列
  3. 消费者:从消息队列获取消息并处理消息
  • 使用队列的好处在于解耦:举个例子,快递员(生产者)把快递放到驿站/快递柜里去(Message Queue)去,我们(消费者)从快递柜/驿站去拿快递,这就是一个异步,如果耦合,那么快递员必须亲自上楼把快递递到你手里,服务当然好,但是万一我不在家,快递员就得一直等我,浪费了快递员的时间。所以解耦还是非常有必要的
  • 那么在这种场景下我们的秒杀就变成了:在我们下单之后,利用Redis去进行校验下单的结果,然后在通过队列把消息发送出去,然后在启动一个线程去拿到这个消息,完成解耦,同时也加快我们的响应速度
  • 这里我们可以直接使用一些现成的(MQ)消息队列,如kafka,rabbitmq等,但是如果没有安装MQ,我们也可以使用Redis提供的MQ方案

基于List实现消息队列

如何基于List结构模拟消息队列

  1. 消息队列(Message Queue),字面意思就是存放消息的队列,而Redis的list数据结构是一个双向链表,很容易模拟出队列的效果

  2. 队列的入口和出口不在同一边,所以我们可以利用:LPUSH结合RPOP或者RPUSH结合LPOP来实现消息队列。

  3. 不过需要注意的是,当队列中没有消息时,RPOP和LPOP操作会返回NULL,而不像JVM阻塞队列那样会阻塞,并等待消息,所以我们这里应该使用BRPOP或者BLPOP来实现阻塞效果

基于List的消息队列有哪些优缺点?

优点

  1. 利用Redis存储,不受限于JVM内存上限
  2. 基于Redis的持久化机制,数据安全性有保障
  3. 可以满足消息有序性

缺点

  1. 无法避免消息丢失(经典服务器宕机)
  2. 只支持单消费者(一个消费者把消息拿走了,其他消费者就看不到这条消息了)

基于PubSub的消息队列

PubSub(发布订阅)是Redis2.0版本引入的消息传递模型。顾名思义,消费和可以订阅一个或多个channel,生产者向对应channel发送消息后,所有订阅者都能收到相关消息

  • SUBSCRIBE channel [channel]:订阅一个或多个频道
  • PUBLISH channel msg:向一个频道发送消息
  • PSUBSCRIBE pattern [pattern]:订阅与pattern格式匹配的所有频道

官方通配符介绍:

Subscribes the client to the given patterns.
Supported glob-style patterns:

h?flo subscribes to hello, hallo and hxllo
h*llo subscribes to hllo and heeeello
h[ae]llo subscribes to hello and hallo, but not hillo
Use \ to escape special characters if you want to match them verbatim.

基于PubSub的消息队列有哪些优缺点

优点:

采用发布订阅模型,支持多生产,多消费

缺点:

  1. 不支持数据持久化
  2. 无法避免消息丢失(如果向频道发送了消息,却没有人订阅该频道,那发送的这条消息就丢失了)
  3. 消息堆积有上限,超出时数据丢失(消费者拿到数据的时候处理的太慢,而发送消息发的太快)

基于Stream的消息队列

Stream是Redis 5.0引入的一种新数据类型,可以时间一个功能非常完善的消息队列

发送消息的命令
XADD key [NOMKSTREAM] [MAXLEN|MINID [=!~] threshold [LIMIT count]] *|ID field value [field value ...]

NOMKSTREAM
如果队列不存在,是否自动创建队列,默认是自动创建
[MAXLEN|MINID [=!~] threshold [LIMIT count]]
设置消息队列的最大消息数量,不设置则无上限
*|ID
消息的唯一id,*代表由Redis自动生成。格式是"时间戳-递增数字",例如"114514114514-0"
field value [field value ...]
发送到队列中的消息,称为Entry。格式就是多个key-value键值对

举例

## 创建名为users的队列,并向其中发送一个消息,内容是{name=jack, age=21},并且使用Redis自动生成ID
XADD users * name jack age 21

读取消息的方式之一:XREAD

XREAD [COUNT count] [BLOCK milliseconds] STREAMS key [key ...] ID [ID ...]

[COUNT count]
每次读取消息的最大数量
[BLOCK milliseconds]
当没有消息时,是否阻塞,阻塞时长
STREAMS key [key ...]
要从哪个队列读取消息,key就是队列名
ID [ID ...]
起始ID,只返回大于该ID的消息
0:表示从第一个消息开始
$:表示从最新的消息开始

例如:使用XREAD读取第一个消息

云服务器:0>XREAD COUNT 1 STREAMS users 0
1) 1) "users"
   2) 1) 1) "1667119621804-0"
         2) 1) "name"
            2) "jack"
            3) "age"
            4) "21"

例如:XREAD阻塞方式,读取最新消息

云服务器:0>XREAD COUNT 1 STREAMS users 0
1) 1) "users"
   2) 1) 1) "1667119621804-0"
         2) 1) "name"
            2) "jack"
            3) "age"
            4) "21"

例如:XREAD阻塞方式,读取最新消息

XREAD COUNT 2 BLOCK 10000 STREAMS users $

在业务开发中,我们可以使用循环调用的XREAD阻塞方式来查询最新消息,从而实现持续监听队列的效果,伪代码如下

while (true){
    //尝试读取队列中的消息,最多阻塞2秒
    Object msg = redis.execute("XREAD COUNT 1 BLOCK 2000 STREAMS users $");
    //没读取到,跳过下面的逻辑
    if(msg == null){
        continue;
    }
    //处理消息
    handleMessage(msg);
}

注意:当我们指定其实ID为$时,代表只能读取到最新消息,如果当我们在处理一条消息的过程中,又有超过1条以上的消息到达队列,那么下次获取的时候,也只能获取到最新的一条,会出现漏读消息的问题

STREAM类型消息队列的XREAD命令特点

  1. 消息可回溯
  2. 一个消息可以被多个消费者读取
  3. 可以阻塞读取
  4. 有漏读消息的风险

基于Stream的消息队列--消费者组

消费者组(Consumer Group):将多个消费者划分到一个组中,监听同一个队列,具备以下特点

  1. 消息分流
    队列中的消息会分留给组内的不同消费者,而不是重复消费者,从而加快消息处理的速度
  2. 消息标识
    消费者会维护一个标识,记录最后一个被处理的消息,哪怕消费者宕机重启,还会从标识之后读取消息,确保每一个消息都会被消费
  3. 消息确认
    消费者获取消息后,消息处于pending状态,并存入一个pending-list,当处理完成后,需要通过XACK来确认消息,标记消息为已处理,才会从pending-list中移除

创建消费者组
XGROUP CREATE key groupName ID [MKSTREAM]

key
   队列名称
groupName
   消费者组名称
ID
   起始ID标识,$代表队列中的最后一个消息,0代表队列中的第一个消息
MKSTREAM
   队列不存在时自动创建队列

其他常见命令

删除指定的消费者组
XGROUP DESTORY key groupName

给指定的消费者组添加消费者
XGROUP CREATECONSUMER key groupName consumerName

删除消费者组中指定的消费者
XGROUP DELCONSUMER key groupName consumerName

从消费者组中读取消息
XREADGROUP GROUP group consumer [COUNT count] [BLOCK milliseconds] [NOACK] STREAMS key [keys ...] ID [ID ...]

group
   消费者组名称
consumer
   消费者名,如果消费者不存在,会自动创建一个消费者
count
   本次查询的最大数量
BLOCK milliseconds
   当前没有消息时的最大等待时间
NOACK
   无需手动ACK,获取到消息后自动确认(一般不用,我们都是手动确认)
STREAMS key
   指定队列名称
ID
   获取消息的起始ID
   >:从下一个未消费的消息开始(pending-list中)
   其他:根据指定id从pending-list中获取已消费但未确认的消息,例如0,是从pending-list中的第一个消息开始

消费者监听消息的基本思路

java 复制代码
while(true){
    // 尝试监听队列,使用阻塞模式,最大等待时长为2000ms
    Object msg = redis.call("XREADGROUP GROUP g1 c1 COUNT 1 BLOCK 2000 STREAMS s1 >")
    if(msg == null){
        // 没监听到消息,重试
        continue;
    }
    try{
        //处理消息,完成后要手动确认ACK,ACK代码在handleMessage中编写
        handleMessage(msg);
    } catch(Exception e){
        while(true){
            //0表示从pending-list中的第一个消息开始,如果前面都ACK了,那么这里就不会监听到消息
            Object msg = redis.call("XREADGROUP GROUP g1 c1 COUNT 1 STREAMS s1 0");
            if(msg == null){
                //null表示没有异常消息,所有消息均已确认,结束循环
                break;
            }
            try{
                //说明有异常消息,再次处理
                handleMessage(msg);
            } catch(Exception e){
                //再次出现异常,记录日志,继续循环
                log.error("..");
                continue;
            }
        }
    }
}

STREAM类型消息队列的XREADGROUP命令的特点

  • 消息可回溯
  • 可以多消费者争抢消息,加快消费速度
  • 可以阻塞读取
  • 没有消息漏读风险
  • 有消息确认机制,保证消息至少被消费一次

redis三种消息队列的对比

Stream消息队列实现异步秒杀下单

需求:

  1. 创建一个Stream类型的消息队列,名为stream.orders
  2. 修改之前的秒杀下单Lua脚本,在认定有抢购资格后,直接向stream.orders中添加消息,内容包含voucherId、userId、orderId
  3. 项目启动时,开启一个线程任务,尝试获取stream.orders中的消息,完成下单

步骤一:创建一个Stream类型的消息队列,名为stream.orders
XGROUP CREATE stream.orders g1 0 MKSTREAM

步骤二:修改Lua脚本,新增orderId参数,并将订单信息加入到消息队列中

-- 订单id
local voucherId = ARGV[1]
-- 用户id
local userId = ARGV[2]
-- 新增orderId,但是变量名用id就好,因为VoucherOrder实体类中的orderId就是用id表示的
local id = ARGV[3]
-- 优惠券key
local stockKey = 'seckill:stock:' .. voucherId
-- 订单key
local orderKey = 'seckill:order:' .. voucherId
-- 判断库存是否充足
if (tonumber(redis.call('get', stockKey)) <= 0) then
    return 1
end
-- 判断用户是否下单
if (redis.call('sismember', orderKey, userId) == 1) then
    return 2
end
-- 扣减库存
redis.call('incrby', stockKey, -1)
-- 将userId存入当前优惠券的set集合
redis.call('sadd', orderKey, userId)
-- 将下单数据保存到消息队列中
redis.call("sadd", 'stream.orders', '*', 'userId', userId, 'voucherId', voucherId, 'id', id)
return 0

步骤三:修改秒杀逻辑

由于将下单数据加入到消息队列的功能,我们在Lua脚本中实现了,所以这里就不需要将下单数据加入到JVM的阻塞队列中去了,同时Lua脚本中我们新增了一个参数

之前的代码:

java 复制代码
    @Override
    public Result seckillVoucher(Long voucherId) {
+       long orderId = redisIdWorker.nextId("order");
        Long result = stringRedisTemplate.execute(SECKILL_SCRIPT,
                Collections.emptyList(), voucherId.toString(),
+               UserHolder.getUser().getId().toString(), String.valueOf(orderId));
        if (result.intValue() != 0) {
            return Result.fail(result.intValue() == 1 ? "库存不足" : "不能重复下 单");
        }
-       long orderId = redisIdWorker.nextId("order");
-       //封装到voucherOrder中
-       VoucherOrder voucherOrder = new VoucherOrder();
-       voucherOrder.setVoucherId(voucherId);
-       voucherOrder.setUserId(UserHolder.getUser().getId());
-       voucherOrder.setId(orderId);
-       //加入到阻塞队列
-       orderTasks.add(voucherOrder);
        //主线程获取代理对象
        proxy = (IVoucherOrderService) AopContext.currentProxy();
        return Result.ok(orderId);
    }

修改后的代码:

java 复制代码
@Override
public Result seckillVoucher(Long voucherId) {
    long orderId = redisIdWorker.nextId("order");
    Long result = stringRedisTemplate.execute(SECKILL_SCRIPT,
            Collections.emptyList(), voucherId.toString(),
            UserHolder.getUser().getId().toString(), String.valueOf(orderId));
    if (result.intValue() != 0) {
        return Result.fail(result.intValue() == 1 ? "库存不足" : "不能重复下单");
    }
    //主线程获取代理对象
    proxy = (IVoucherOrderService) AopContext.currentProxy();
    return Result.ok(orderId);
}

根据伪代码来修改我们的VoucherOrderHandler

java 复制代码
String queueName = "stream.orders";

private class VoucherOrderHandler implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            try {
                //1. 获取队列中的订单信息 XREADGROUP GROUP g1 c1 COUNT 1 BLOCK 2000 STREAMS stream.orders >
                List<MapRecord<String, Object, Object>> records = stringRedisTemplate.opsForStream().read(Consumer.from("g1", "c1"),
                        StreamReadOptions.empty().count(1).block(Duration.ofSeconds(2)),
                        //ReadOffset.lastConsumed()底层就是 '>'
                        StreamOffset.create(queueName, ReadOffset.lastConsumed()));
                //2. 判断消息是否获取成功
                if (records == null || records.isEmpty()) {
                    continue;
                }
                //3. 消息获取成功之后,我们需要将其转为对象
                MapRecord<String, Object, Object> record = records.get(0);
                Map<Object, Object> values = record.getValue();
                VoucherOrder voucherOrder = BeanUtil.fillBeanWithMap(values, new VoucherOrder(), true);
                //4. 获取成功,执行下单逻辑,将数据保存到数据库中
                handleVoucherOrder(voucherOrder);
                //5. 手动ACK,SACK stream.orders g1 id
                stringRedisTemplate.opsForStream().acknowledge(queueName, "g1", record.getId());
            } catch (Exception e) {
                log.error("订单处理异常", e);
                //订单异常的处理方式我们封装成一个函数,避免代码太臃肿
                handlePendingList();
            }
        }
    }
}

private void handlePendingList() {
    while (true) {
        try {
            //1. 获取pending-list中的订单信息 XREADGROUP GROUP g1 c1 COUNT 1 BLOCK 2000 STREAMS stream.orders 0
            List<MapRecord<String, Object, Object>> records = stringRedisTemplate.opsForStream().read(
                    Consumer.from("g1", "c1"),
                    StreamReadOptions.empty().count(1),
                    StreamOffset.create(queueName, ReadOffset.from("0")));
            //2. 判断pending-list中是否有未处理消息
            if (records == null || records.isEmpty()) {
                //如果没有就说明没有异常消息,直接结束循环
                break;
            }
            //3. 消息获取成功之后,我们需要将其转为对象
            MapRecord<String, Object, Object> record = records.get(0);
            Map<Object, Object> values = record.getValue();
            VoucherOrder voucherOrder = BeanUtil.fillBeanWithMap(values, new VoucherOrder(), true);
            //4. 获取成功,执行下单逻辑,将数据保存到数据库中
            handleVoucherOrder(voucherOrder);
            //5. 手动ACK,SACK stream.orders g1 id
            stringRedisTemplate.opsForStream().acknowledge(queueName, "g1", record.getId());
        } catch (Exception e) {
            log.info("处理pending-list异常");
            //如果怕异常多次出现,可以在这里休眠一会儿
            try {
                Thread.sleep(50);
            } catch (InterruptedException ex) {
                throw new RuntimeException(ex);
            }
        }
    }
}
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