面试官：Redis如何实现延迟任务？

Java中文社群2024-04-09 10:59

延迟任务（Delayed Task）是指在未来的某个时间点，执行相应的任务。也就是说，延迟任务是一种计划任务，它被安排在特定的时间后执行，而不是立即执行。

延迟任务的常见使用场景有以下几个：

  1. 定时发送通知或消息 ：
    • 发送定时短信、邮件或应用内消息，如注册确认、订单状态更新、促销活动通知等。
    • 定时推送新闻、天气预报、股票价格等实时信息。
  2. 异步处理和后台任务 ：
    • 将耗时的操作安排为延迟任务，避免阻塞主线程或用户界面，提高系统的响应性能。
    • 执行批量数据处理，如日志分析、数据报表生成等。
  3. 缓存管理和过期处理 ：
    • 定时清理过期的缓存数据，释放存储空间。
    • 更新缓存中的数据，保持数据的时效性和准确性。
  4. 计划任务和定时调度 ：
    • 在特定时间执行系统维护任务，如数据库备份、系统更新等。
    • 定时启动或关闭服务，以节约资源或满足业务需求。
  5. 订单和支付处理 ：
    • 在用户下单后的一段时间内，如果用户未支付，则自动取消订单。
    • 定时检查订单的支付状态，并更新相应的订单信息。
  6. 重试和失败恢复机制 ：
    • 当某个操作失败时，可以在延迟一段时间后自动重试，以提高成功率。
    • 实现分布式锁的超时释放，避免死锁情况。
  7. 提醒和日程管理 ：
    • 设置日程提醒，如会议、生日、纪念日等。
    • 定时提醒用户完成任务或进行某项活动。
  8. 定时数据采集和上报 ：
    • 定期从传感器、设备或外部系统中采集数据。
    • 定时上报应用的使用情况、统计数据或用户行为分析。

Redis如何实现延迟任务？

Redis 本身并没有直接提供延迟任务的功能 ，但可以通过一些策略和手段，在 Redis 中手动实现延迟任务。

使用 Redis 实现延迟任务的主要手段有以下几个：

  1. 使用过期键的事件通知执行延时任务：开启过期键通知，当 Redis 中键值过期时触发时间，在事件中实现延迟代码，但因为 Redis 的 Key 过期时不会被及时删除，所以这个过期事件也不保证可以立即触发，所以此方式很少用来实现延迟任务（因为极其不稳定）。
  2. 使用 ZSet 执行延时任务：在 ZSet 中插入延迟执行时间和任务 ID，如下命令所示：
bash 复制代码 
ZADD delay_tasks <timestamp> <task_id>

然后，启动一个后台线程或者定时任务，定期通过 ZRANGEBYSCORE 命令从有序集合中获取已到达执行时间的任务，即分数小于或等于当前时间的任务，进行执行即可实现延时任务。

  1. 使用 Redisson 执行延迟任务：在 Redisson 框架中，提供了一个 RDelayedQueue 用于实现延迟队列，使用简单方便，推荐使用。

具体实现如下。

1.过期键通知事件实现

Redis 提供了键空间通知功能，当某个键发生变化（过期）时，可以发送通知。你可以结合 EXPIRE 过期命令和键空间通知来实现延迟任务。

当为某个键设置过期时间时，一旦该键过期，Redis 会发送一个通知。你可以订阅这个通知，并在接收到通知时执行任务。但这种方法可能不够精确，且依赖于 Redis 的内部机制。

它的实现步骤是：

  1. 设置开启 Redis 过期键通知事件，可以通过执行"CONFIG SET notify-keyspace-events KEA"命令来动态开启键空间通知功能，而无需重启 Redis 服务器。
  2. 设置过期键，可以通过命令"SET mykey "myvalue" EX 3"设置某个 key 3 秒后过期（3s 后执行）。
  3. 编写一个监听程序来订阅 Redis 的键空间通知。这可以通过使用 Redis 的发布/订阅功能来实现，具体实现代码如下（以 Jedis 框架使用为例）：
java 复制代码 
import redis.clients.jedis.Jedis;  
import redis.clients.jedis.JedisPubSub;  
  
public class RedisKeyspaceNotifier {  
  
    public static void main(String[] args) {  
        // 创建Jedis实例  
        Jedis jedis = new Jedis("localhost", 6379);  
  
        // 配置键空间通知（通常这一步在Redis配置文件中完成，但也可以在运行时配置）  
        jedis.configSet("notify-keyspace-events", "KEA");  
  
        // 订阅键空间通知  
        jedis.subscribe(new KeyspaceNotificationSubscriber(), "__keyevent@0__:expired");  
    }  
  
    static class KeyspaceNotificationSubscriber extends JedisPubSub {  
  
        @Override  
        public void onMessage(String channel, String message) {  
            System.out.println("Received message from channel: " + channel + ", message: " + message);  
            // 在这里处理接收到的键空间通知  
            // 例如，如果message是一个需要处理的任务ID，你可以在这里触发相应的任务处理逻辑  
        }  
  
        @Override  
        public void onSubscribe(String channel, int subscribedChannels) {  
            System.out.println("Subscribed to channel: " + channel);  
        }  
  
        @Override  
        public void onUnsubscribe(String channel, int subscribedChannels) {  
            System.out.println("Unsubscribed from channel: " + channel);  
        }  
    }  
}

但因为 Redis 的 Key 过期时不会被及时删除，Redis 采用的是惰性删除和定期删除，所以这个过期事件也不保证可以立即触发，所以此方式很少用来实现延迟任务（因为极其不稳定）。

2.使用ZSet实现延迟任务

可以将任务及其执行时间作为成员和分数存储在 ZSET 中，然后，使用一个后台任务（如定时任务或守护进程）定期检查 ZSET，查找分数（即执行时间）小于或等于当前时间的成员，并执行相应的任务。执行后，从 ZSET 中删除该成员，具体实现代码如下：

java 复制代码 
import redis.clients.jedis.Jedis;  
  
import java.util.Set;  
  
public class RedisDelayedTaskDemo {  
  
    private static final String ZSET_KEY = "delayed_tasks";  
    private static final String REDIS_HOST = "localhost";  
    private static final int REDIS_PORT = 6379;  
  
    public static void main(String[] args) {  
        Jedis jedis = new Jedis(REDIS_HOST, REDIS_PORT);  
  
        // 添加延迟任务  
        addDelayedTask(jedis, "task1", System.currentTimeMillis() / 1000 + 5); // 5秒后执行  
        addDelayedTask(jedis, "task2", System.currentTimeMillis() / 1000 + 10); // 10秒后执行  
  
        // 模拟定时任务检查器  
        new Thread(() -> {  
            while (true) {  
                try {  
                    // 检查并执行到期的任务  
                    checkAndExecuteTasks(jedis);  
                    Thread.sleep(1000); // 每秒检查一次  
                } catch (InterruptedException e) {  
                    e.printStackTrace();  
                }  
            }  
        }).start();  
    }  
  
    private static void addDelayedTask(Jedis jedis, String task, long executeTime) {  
        jedis.zadd(ZSET_KEY, executeTime, task);  
        System.out.println("Added task: " + task + " with execution time: " + executeTime);  
    }  
  
    private static void checkAndExecuteTasks(Jedis jedis) {  
        long currentTime = System.currentTimeMillis() / 1000;  
        Set<String> tasks = jedis.zrangeByScore(ZSET_KEY, 0, currentTime);  
  
        for (String task : tasks) {  
            jedis.zrem(ZSET_KEY, task); // 从有序集合中移除任务  
            executeTask(task); // 执行任务  
        }  
    }  
  
    private static void executeTask(String task) {  
        System.out.println("Executing task: " + task);  
        // 在这里添加实际的任务执行逻辑  
    }  
}

在这个示例中，我们首先使用 addDelayedTask 方法向 Redis 的有序集合中添加任务，并设置它们的执行时间。然后，我们启动一个线程来模拟定时任务检查器，它会每秒检查一次是否有任务到期，并执行到期的任务。

3.使用Redisson执行定时任务

在 Redisson 框架中，提供了一个 RDelayedQueue 用于实现延迟队列，使用简单方便，推荐使用，它的具体实现如下：

java 复制代码 
import org.redisson.Redisson;
import org.redisson.api.RDelayedQueue;
import org.redisson.api.RedissonClient;
import org.redisson.config.Config;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class RDelayedQueueDemo {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 创建 Redisson 客户端
        Config config = new Config();
        config.useSingleServer().setAddress("redis://127.0.0.1:6379");
        RedissonClient redisson = Redisson.create(config);

        // 获取延迟队列
        RDelayedQueue<String> delayedQueue = 
            redisson.getDelayedQueue("delayedQueue");

        // 添加延迟任务
        delayedQueue.offer("task1", 5, TimeUnit.SECONDS);

        // 监听并处理延迟任务
        Thread listenerThread = new Thread(() -> {
            while (true) {
                try {
                    // 通过 take 方法等待并获取到期的任务
                    String task = delayedQueue.take();
                    System.out.println("Handle task: " + task);
                } catch (InterruptedException e) {
                    break;
                }
            }
        });
        listenerThread.start();
    }
}

在上述示例中，我们首先创建了一个 Redisson 客户端，通过配置文件指定了使用单节点 Redis 服务器。然后，我们获取一个延迟队列 RDelayedQueue，并添加一个延迟任务，延迟时间为 5 秒，接着，我们通过线程监听并处理延迟队列中的任务。

4.Redis实现延迟任务优缺点分析

优点：

  1. 轻量级与高性能：Redis 是一个内存中的数据结构存储系统，因此读写速度非常快。将任务信息存储在 Redis 中可以迅速地进行存取操作。
  2. 简单易用：Redis 的 API 简洁明了，易于集成到现有的应用系统中。

缺点：

  1. 精度有限：Redis 的延迟任务依赖于系统的定时检查机制，而不是精确的定时器。这意味着任务的执行可能会有一定的延迟，特别是在系统负载较高或检查间隔较长的情况下。
  2. 功能有限：与专业的任务调度系统相比，Redis 提供的延迟任务功能可能相对简单。对于复杂的任务调度需求，如任务依赖、任务优先级等，可能需要额外的逻辑来实现。
  3. 稳定性较差：使用 Redis 实现延迟任务没有重试机制和 ACK 确认机制，所以稳定性比较差。
  4. 单点故障风险：如果没有正确配置 Redis 集群或主从复制，那么单个 Redis 实例的故障可能导致整个延迟任务系统的瘫痪。

课后思考

Redisson 底层是如何实现延迟任务的？

本文已收录到我的面试小站 www.javacn.site，其中包含的内容有：Redis、JVM、并发、并发、MySQL、Spring、Spring MVC、Spring Boot、Spring Cloud、MyBatis、设计模式、消息队列等模块。

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