Redis(十八)：Redis和队列

概要

Redis不仅可作为缓存服务器，还可用作消息队列。它的列表类型天生支持用作消息队列。如下图所示：

由于Redis的列表是使用双向链表实现的，保存了头尾节点，所以在列表头尾两边插取元素都是非常快的。

普通队列实现

所以可以直接使用Redis的List实现消息队列，只需简单的两个指令lpush和rpop或者rpush和lpop。简单示例如下：

存放消息端(消息生产者):

package org.yamikaze.redis.messsage.queue;

import org.yamikaze.redis.test.MyJedisFactory;
import redis.clients.jedis.Jedis;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 消息生产者
 * @author yamikaze
 */
public class Producer extends Thread {

    public static final String MESSAGE_KEY = "message:queue";
    private Jedis jedis;
    private String producerName;
    private volatile int count;

    public Producer(String name) {
        this.producerName = name;
        init();
    }

    private void init() {
        jedis = MyJedisFactory.getLocalJedis();
    }

    public void putMessage(String message) {
        Long size = jedis.lpush(MESSAGE_KEY, message);
        System.out.println(producerName + ": 当前未被处理消息条数为:" + size);
        count++;
    }

    public int getCount() {
        return count;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            while (true) {
                putMessage(StringUtils.generate32Str());
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            }
        } catch (InterruptedException e) {

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
        Producer producer = new Producer("myProducer");
        producer.start();

        for(; ;) {
            System.out.println("main : 已存储消息条数:" + producer.getCount());
            TimeUnit.SECONDS.sleep(10);
        }
    }
}

消息处理端(消息消费者):

package org.yamikaze.redis.messsage.queue;

import org.yamikaze.redis.test.MyJedisFactory;
import redis.clients.jedis.Jedis;

/**
 * 消息消费者
 * @author yamikaze
 */
public class Customer extends Thread{

    private String customerName;
    private volatile int count;
    private Jedis jedis;

    public Customer(String name) {
        this.customerName = name;
        init();
    }

    private void init() {
        jedis = MyJedisFactory.getLocalJedis();
    }

    public void processMessage() {
        String message = jedis.rpop(Producer.MESSAGE_KEY);
        if(message != null) {
            count++;
            handle(message);
        }
    }

    public void handle(String message) {
        System.out.println(customerName + " 正在处理消息,消息内容是: " + message + " 这是第" + count + "条");
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            processMessage();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Customer customer = new Customer("yamikaze");
        customer.start();
    }
}

貌似还不错，但上述例子中消息消费者有一个问题存在，即需要不停的调用rpop方法查看List中是否有待处理消息。每调用一次都会发起一次连接，这会造成不必要的浪费。也许你会使用Thread.sleep()等方法让消费者线程隔一段时间再消费，但这样做有两个问题：

1）、如果生产者速度大于消费者消费速度，消息队列长度会一直增大，时间久了会占用大量内存空间。

2）、如果睡眠时间过长，这样不能处理一些时效性的消息，睡眠时间过短，也会在连接上造成比较大的开销。

所以可以使用brpop指令，这个指令只有在有元素时才返回，没有则会阻塞直到超时返回null，于是消费端可以将processMessage可以改为这样：

public void processMessage() {
    /**
     * brpop支持多个列表(队列)
     * brpop指令是支持队列优先级的，比如这个例子中MESSAGE_KEY的优先级大于testKey（顺序决定）。
     * 如果两个列表中都有元素，会优先返回优先级高的列表中的元素，所以这儿优先返回MESSAGE_KEY
     * 0表示不限制等待，会一直阻塞在这儿
     */
    List<String> messages = jedis.brpop(0, Producer.MESSAGE_KEY, "testKey");
    if(messages.size() != 0) {
        //由于该指令可以监听多个Key,所以返回的是一个列表
        //列表由2项组成，1) 列表名，2)数据
        String keyName = messages.get(0);
        //如果返回的是MESSAGE_KEY的消息
        if(Producer.MESSAGE_KEY.equals(keyName)) {
            String message = messages.get(1);
            handle(message);
        }

    }
    System.out.println("=======================");
}

然后可以运行Customer，清空控制台，可以看到程序没有任何输出，阻塞在了brpop这儿。然后在打开Redis的客户端，输入指令client list，可以查看当前有两个连接。

一次生产多次消费的队列

Redis除了对消息队列提供支持外，还提供了一组命令用于支持发布/订阅模式。利用Redis的pub/sub模式可以实现一次生产多次消费的队列。

1)发布
    PUBLISH指令可用于发布一条消息，格式 PUBLISH channel message

返回值表示订阅了该消息的数量。
    2)订阅
    SUBSCRIBE指令用于接收一条消息，格式 SUBSCRIBE channel

可以看到使用SUBSCRIBE指令后进入了订阅模式，但没有接收到publish发送的消息，这是因为只有在消息发出去前订阅才会接收到。在这个模式下其他指令，只能看到回复。回复分为三种类型：
    1、如果为subscribe，第二个值表示订阅的频道，第三个值表示是第几个订阅的频道?(理解成序号?) 
    2、如果为message(消息)，第二个值为产生该消息的频道，第三个值为消息
    3、如果为unsubscribe，第二个值表示取消订阅的频道，第三个值表示当前客户端的订阅数量。

可以使用指令UNSUBSCRIBE退订，如果不加参数，则会退订所有由SUBSCRIBE指令订阅的频道。
   
    Redis还支持基于通配符的消息订阅，使用指令PSUBSCRIBE (pattern subscribe)，例如：

再试试推送消息会得到以下结果：

可以看到publish指令返回的是2，而订阅端这边接收了两次消息。这是因为PSUBSCRIBE指令可以重复订阅频道。而使用PSUBSCRIBE指令订阅的频道也要使用指令PUNSUBSCRIBE指令退订，该指令无法退订SUBSCRIBE订阅的频道，同理UNSUBSCRIBE也不能退订PSUBSCRIBE指令订阅的频道。同时PUNSUBSCRIBE指令通配符不会展开。
例如：PUNSUBSCRIBE * 不会匹配到 channel.*, 所以要取消订阅channel.*就要这样写PUBSUBSCRIBE channel.*。

代码示范如下：

package org.yamikaze.redis.messsage.subscribe;

import org.yamikaze.redis.messsage.queue.StringUtils;
import org.yamikaze.redis.test.MyJedisFactory;
import redis.clients.jedis.Jedis;

/**
 * 消息发布方
 * @author yamikaze
 */
public class Publisher {

    public static final String CHANNEL_KEY = "channel:message";
    private Jedis jedis;

    public Publisher() {
        jedis = MyJedisFactory.getLocalJedis();
    }

    public void publishMessage(String message) {
        if(StringUtils.isBlank(message)) {
            return;
        }
        jedis.publish(CHANNEL_KEY, message);
    }

    public static void main(String[] args) {
        Publisher publisher = new Publisher();
        publisher.publishMessage("Hello Redis!");
    }
}

简单的发送一个消息。

消息订阅方：

package org.yamikaze.redis.messsage.subscribe;

import org.yamikaze.redis.test.MyJedisFactory;
import redis.clients.jedis.Jedis;
import redis.clients.jedis.JedisPubSub;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 消息订阅方客户端
 * @author yamikaze
 */
public class SubscribeClient {

    private Jedis jedis;
    private static final String EXIT_COMMAND = "exit";

    public SubscribeClient() {
        jedis = MyJedisFactory.getLocalJedis();
    }

    public void subscribe(String ...channel) {
        if(channel == null || channel.length <= 0) {
            return;
        }
        //消息处理,接收到消息时如何处理
        JedisPubSub jps = new JedisPubSub() {
            /**
             * JedisPubSub类是一个没有抽象方法的抽象类,里面方法都是一些空实现
             * 所以可以选择需要的方法覆盖,这儿使用的是SUBSCRIBE指令，所以覆盖了onMessage
             * 如果使用PSUBSCRIBE指令，则覆盖onPMessage方法
             * 当然也可以选择BinaryJedisPubSub,同样是抽象类，但方法参数为byte[]
             */
            @Override
            public void onMessage(String channel, String message) {
                if(Publisher.CHANNEL_KEY.equals(channel)) {
                    System.out.println("接收到消息: channel : " + message);
                    //接收到exit消息后退出
                    if(EXIT_COMMAND.equals(message)) {
                        System.exit(0);
                    }

                }
            }

            /**
             * 订阅时
             */
            @Override
            public void onSubscribe(String channel, int subscribedChannels) {
                if(Publisher.CHANNEL_KEY.equals(channel)) {
                    System.out.println("订阅了频道:" + channel);
                }
            }
        };
        //可以订阅多个频道 当前线程会阻塞在这儿
        jedis.subscribe(jps, channel);
    }

    public static void main(String[] args) {
        SubscribeClient client = new SubscribeClient();
        client.subscribe(Publisher.CHANNEL_KEY);
        //并没有 unsubscribe方法
        //相应的也没有punsubscribe方法
    }
}

先运行client，再运行Publisher进行消息发送，输出结果：

 

Redis的pub/sub也有其缺点，那就是如果消费者下线，生产者的消息会丢失。

 

延时队列

背景

在业务发展过程中，会出现一些需要延时处理的场景，比如：

a.订单下单之后超过30分钟用户未支付，需要取消订单
b.订单一些评论，如果48h用户未对商家评论，系统会自动产生一条默认评论
c.点我达订单下单后，超过一定时间订单未派出，需要超时取消订单等。。。
处理这类需求，比较直接简单的方式就是定时任务轮训扫表。这种处理方式在数据量不大的场景下是完全没问题，但是当数据量大的时候高频的轮训数据库就会比较的耗资源，导致数据库的慢查或者查询超时。所以在处理这类需求时候，采用了延时队列来完成。

几种延时队列

延时队列就是一种带有延迟功能的消息队列。下面会介绍几种目前已有的延时队列：

1.Java中java.util.concurrent.DelayQueue

优点：JDK自身实现，使用方便，量小适用
缺点：队列消息处于jvm内存，不支持分布式运行和消息持久化

2.Rocketmq延时队列

优点：消息持久化，分布式
缺点：不支持任意时间精度，只支持特定level的延时消息

3.Rabbitmq延时队列（TTL+DLX实现）

优点：消息持久化，分布式
缺点：延时相同的消息必须扔在同一个队列

Redis实现的延时消息队列适合的项目特点：

• Spring框架管理对象
• 有消息需求，但不想维护mq中间件
• 有使用redis
• 对消息持久化并没有很苛刻的要求

Redis实现的延时消息队列思路

Redis由于其自身的Zset数据结构，本质就是Set结构上加了个排序的功能，除了添加数据value之外，还提供另一属性score，这一属性在添加修改元素时候可以指定，每次指定后，Zset会自动重新按新的值调整顺序。可以理解为有两列字段的数据表，一列存value,一列存顺序编号。操作中key理解为zset的名字，那么对延时队列又有何用呢？

试想如果score代表的是想要执行时间的时间戳，在某个时间将它插入Zset集合中，它变会按照时间戳大小进行排序，也就是对执行时间前后进行排序，这样的话，起一个死循环线程不断地进行取第一个key值，如果当前时间戳大于等于该key值的socre就将它取出来进行消费删除，就可以达到延时执行的目的, 注意不需要遍历整个Zset集合，以免造成性能浪费。

Zset的排列效果如下图：

java代码实现如下：

package cn.chinotan.service.delayQueueRedis;

import org.apache.commons.lang3.StringUtils;
import redis.clients.jedis.Jedis;
import redis.clients.jedis.JedisPool;
import redis.clients.jedis.Tuple;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Calendar;
import java.util.Date;
import java.util.Set;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * @program: test
 * @description: redis实现延时队列
 * @author: xingcheng
 * @create: 2018-08-19
 **/
public class AppTest {

    private static final String ADDR = "127.0.0.1";
    private static final int PORT = 6379;
    private static JedisPool jedisPool = new JedisPool(ADDR, PORT);
    private static CountDownLatch cdl = new CountDownLatch(10);

    public static Jedis getJedis() {
        return jedisPool.getResource();
    }

    /**
     * 生产者,生成5个订单
     */
    public void productionDelayMessage() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            Calendar instance = Calendar.getInstance();
            // 3秒后执行
            instance.add(Calendar.SECOND, 3 + i);
            AppTest.getJedis().zadd("orderId", (instance.getTimeInMillis()) / 1000, StringUtils.join("000000000", i + 1));
            System.out.println("生产订单: " + StringUtils.join("000000000", i + 1) + " 当前时间：" + new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(new Date()));
            System.out.println((3 + i) + "秒后执行");
        }
    }

    //消费者，取订单
    public static void consumerDelayMessage() {
        Jedis jedis = AppTest.getJedis();
        while (true) {
            Set<Tuple> order = jedis.zrangeWithScores("orderId", 0, 0);
            if (order == null || order.isEmpty()) {
                System.out.println("当前没有等待的任务");
                try {
                    TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(500);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                continue;
            }
            Tuple tuple = (Tuple) order.toArray()[0];
            double score = tuple.getScore();
            Calendar instance = Calendar.getInstance();
            long nowTime = instance.getTimeInMillis() / 1000;
            if (nowTime >= score) {
                String element = tuple.getElement();
                Long orderId = jedis.zrem("orderId", element);
                if (orderId > 0) {
                    System.out.println(new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(new Date()) + ":redis消费了一个任务：消费的订单OrderId为" + element);
                }
            }
        }
    }

    static class DelayMessage implements Runnable{
        @Override
        public void run() {
            try {
                cdl.await();
                consumerDelayMessage();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        AppTest appTest = new AppTest();
        appTest.productionDelayMessage();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(new DelayMessage()).start();
            cdl.countDown();
        }
    }
}

实现效果如下：