Go+Redis实现延迟队列实操

目录

• 前言
• 简单的实现
• 定义消息
• Push
• Consume
• 存在的问题
• 多消费者实现
• 定义消息
• Push
• Consume
• 存在的问题
• 总结

前言

延迟队列是一种非常使用的数据结构，我们经常有需要延迟推送处理消息的场景，比如延迟60秒发送短信，延迟30分钟关闭订单，消息消费失败延迟重试等等。

一般我们实现延迟消息都需要依赖底层的有序结构，比如堆，而Redis刚好提供了zset这种数据类型，它的底层实现是哈希表+跳表，也是一种有序的结构，所以这篇文章主要是使用Go+Redis来实现延迟队列。

当然Redis本身并不支持延迟队列，所以我们只是实现一个比较简单的延迟队列，而且Redis不太适合大量消息堆积，所以只适合比较简单的场景，如果需要更加强大稳定的消息队列，可以使用RocketMQ等自带延迟消息的消息队列。

我们这里先定一下我们要实现的几个目标：

• 消息必须至少被消费一次
• 多个生产者
• 多个消费者

然后我们定义一个简单的接口：

• Push(msg) error：添加消息到队列
• Consume(topic, batchSize, func(msg) error)：消费消息

简单的实现

• 每个主题最多可以被一个消费者消费，因为不会对主题进行分区
• 但是可以多个生产者同时进行生产，因为Push操作是原子的
• 同时需要消费操作返回值error为nil才删除消息，保证消息至少被消费一次

定义消息

这个消息参考了Kafka的消息结构：

• Topic可以是某个队列的名字
• Key是消息的唯一标识，在一个队列里面不可以重复
• Body是消息的内容
• Delay是消息的延迟时间
• ReadyTime是消息准备好执行的时间

// Msg 消息
type Msg struct {
   Topic     string        // 消息的主题
   Key       string        // 消息的Key
   Body      []byte        // 消息的Body
   Delay     time.Duration // 延迟时间（秒）
   ReadyTime time.Time     // 消息准备好执行的时间（now + delay）
}

Push

由于我们需要把消息的Body存储到Hash，把消息的ReadyTime存储到ZSet，所以我们需要一个简单的Lua脚本来保证这两个操作是原子的。

同时我们不会覆盖已经存在的相同Key的消息。

const delayQueuePushRedisScript = `
-- KEYS[1]: topicZSet
-- KEYS[2]: topicHash
-- ARGV[1]: 消息的Key
-- ARGV[2]: 消息的Body
-- ARGV[3]: 消息准备好执行的时间

local topicZSet = KEYS[1]
local topicHash = KEYS[2]
local key = ARGV[1]
local body = ARGV[2]
local readyTime = tonumber(ARGV[3])

-- 添加readyTime到zset
local count = redis.call("zadd", topicZSet, readyTime, key)
-- 消息已经存在
if count == 0 then
   return 0
end
-- 添加body到hash
redis.call("hsetnx", topicHash, key, body)
return 1
`

func (q *SimpleRedisDelayQueue) Push(ctx context.Context, msg *Msg) error {
   // 如果设置了ReadyTime，就使用RedisTime
   var readyTime int64
   if !msg.ReadyTime.IsZero() {
      readyTime = msg.ReadyTime.Unix()
   } else {
      // 否则使用Delay
      readyTime = time.Now().Add(msg.Delay).Unix()
   }
   success, err := q.pushScript.Run(ctx, q.client, []string{q.topicZSet(msg.Topic), q.topicHash(msg.Topic)},
      msg.Key, msg.Body, readyTime).Bool()
   if err != nil {
      return err
   }
   if !success {
      return ErrDuplicateMessage
   }
   return nil
}

Consume

其中第二个参数batchSize表示用于批量获取已经准备好执行的消息，减少网络请求。

fn是对消息进行处理的函数，它有一个返回值error，如果是nil才表示消息消费成功，然后调用删除脚本把成功消费的消息给删除（需要原子的删除ZSet和Hash里面的内容）。

const delayQueueDelRedisScript = `
-- KEYS[1]: topicZSet
-- KEYS[2]: topicHash
-- ARGV[1]: 消息的Key

local topicZSet = KEYS[1]
local topicHash = KEYS[2]
local key = ARGV[1]

-- 删除zset和hash关于这条消息的内容
redis.call("zrem", topicZSet, key)
redis.call("hdel", topicHash, key)
return 1
`

func (q *SimpleRedisDelayQueue) Consume(topic string, batchSize int, fn func(msg *Msg) error) {
   for {
      // 批量获取已经准备好执行的消息
      now := time.Now().Unix()
      zs, err := q.client.ZRangeByScoreWithScores(context.Background(), q.topicZSet(topic), &redis.ZRangeBy{
         Min:   "-inf",
         Max:   strconv.Itoa(int(now)),
         Count: int64(batchSize),
      }).Result()
      // 如果获取出错或者获取不到消息，则休眠一秒
      if err != nil || len(zs) == 0 {
         time.Sleep(time.Second)
         continue
      }
      // 遍历每个消息
      for _, z := range zs {
         key := z.Member.(string)
         // 获取消息的body
         body, err := q.client.HGet(context.Background(), q.topicHash(topic), key).Bytes()
         if err != nil {
            continue
         }

         // 处理消息
         err = fn(&Msg{
            Topic:     topic,
            Key:       key,
            Body:      body,
            ReadyTime: time.Unix(int64(z.Score), 0),
         })
         if err != nil {
            continue
         }

         // 如果消息处理成功，删除消息
         q.delScript.Run(context.Background(), q.client, []string{q.topicZSet(topic), q.topicHash(topic)}, key)
      }
   }
}

存在的问题

如果多个线程同时调用Consume函数，那么多个线程会拉取相同的可执行的消息，造成消息重复的被消费。

多消费者实现

• 每个主题最多可以被分区个数个消费者消费，会对主题进行分区

定义消息

• 我们添加了一个Partition字段表示消息的分区号

// Msg 消息
type Msg struct {
   Topic     string        // 消息的主题
   Key       string        // 消息的Key
   Body      []byte        // 消息的Body
   Partition int           // 分区号
   Delay     time.Duration // 延迟时间（秒）
   ReadyTime time.Time     // 消息准备好执行的时间
}

Push

代码与SimpleRedisDelayQueue的Push相同，只是我们会使用Msg里面的Partition字段对主题进行分区。

func (q *PartitionRedisDelayQueue) topicZSet(topic string, partition int) string {
   return fmt.Sprintf("%s:%d:z", topic, partition)
}

func (q *PartitionRedisDelayQueue) topicHash(topic string, partition int) string {
   return fmt.Sprintf("%s:%d:h", topic, partition)
}

Consume

代码与SimpleRedisDelayQueue的Consume相同，我们也只是对Consume多加了一个partition参数用于指定消费的分区。

func (q *PartitionRedisDelayQueue) Consume(topic string, batchSize, partition int, fn func(msg *Msg) error) {
    // ...
}

存在的问题

一个比较大的问题就是我们需要手动指定分区而不是自动分配分区，这个问题对于Push操作解决起来比较容易，可以通过哈希算法对Key进行哈希取模进行分区，比如murmur3。但是对于Consume就比较复杂，因为我们必须记录哪个分区已经被消费者消费了。如果真的需要更加复杂的场景还是建议使用RocketMQ、Kafka等消息队列进行实现。

总结

• 使用Redis的ZSet可以很容易的实现一个高性能消息队列
• 但是Redis的ZSet实现的消息队列不适合大量消息堆积的场景，同时如果需要实现自动分区消费功能会比较复杂
• 适合消息量不是很大，且不是很复杂的场景
• 如果需要大量堆积消息和稳定的多消费者功能，可以使用自带延迟消息的RocketMQ

到此这篇关于Go+Redis实现延迟队列实操的文章就介绍到这了,更多相关Go 延迟队列内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！