Redis實現延遲隊列的方法是什么

這篇文章主要介紹“Redis實現延遲隊列的方法是什么”，在日常操作中，相信很多人在Redis實現延遲隊列的方法是什么問題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡單好用的操作方法，希望對大家解答”Redis實現延遲隊列的方法是什么”的疑惑有所幫助！接下來，請跟著小編一起來學習吧！

1、前言

1.1、什么是延遲隊列

延時隊列相比于普通隊列最大的區別就體現在其延時的屬性上，普通隊列的元素是先進先出，按入隊順序進行處理，而延時隊列中的元素在入隊時會指定一個延遲時間，表示其希望能夠在經過該指定時間后處理。從某種意義上來講，延遲隊列的結構并不像一個隊列，而更像是一種以時間為權重的有序堆結構。

1.2、應用場景

我們在一些業務場景中，經常會遇到一些需要經歷一段時間后，或者到達某個時間節點才會執行的功能。就比如以下這些場景：

新建一個訂單，在規定時間內未支付需要自動取消 外賣或者打車在預計時間到達的前十分鐘提醒騎手或者司機即將超時 快遞收貨后在規定時間內用戶沒有確認收貨會自動確認收貨 預定的會議在會議開始前十分鐘會去提醒你盡快加入會議 每日周報在截止半小時前會提醒你盡快提交

1.3、為什么要使用延遲隊列

對于一些數據量小并且對數據的時效性不怎么要求的項目來說，最簡單有效的方法就是寫一個定時任務去掃描數據庫以達到業務的實現。當然，如果在數據達到數百萬或者千萬級別的時候，如果去定時掃描數據庫，容易挨揍哈。想信大家也有所了解，當數據達到這種地步的時候，還去定時掃表會非常低效，甚至對于那些定時間隔比較小的情景來說，這一遍還沒掃完下一遍就要開始了。這時候如果用延遲隊列的話或許會很有效。

實現延遲隊列的幾種途徑

• Quartz 定時任務

• DelayQueue 延遲隊列

• Redis sorted set Redis

• 過期鍵監聽回調

• RabbitMQ死信隊列

• RabbitMQ基于插件實現延遲隊列

• wheel時間輪算法

2、Redis sorted set

在Redis中，zet作為有序集合，可以利用其有序的特性，將任務添加到zset中，將任務的到期時間作為score，利用zset的默認有序特性，獲取score值最小的元素（也就是最近到期的任務），判斷系統時間與該任務的到期時間大小，如果達到到期時間，就執行業務，并刪除該到期任務，繼續判斷下一個元素，如果沒有到期，就sleep一段時間（比如1秒），如果集合為空，也sleep一段時間。

通過zadd命令向隊列delayqueue中添加元素，并設置score值表示元素過期的時間；向delayqueue添加三個order1、order2、order3，分別是10秒、20秒、30秒后過期。

zadd delayqueue 3 order3

消費端輪詢隊列delayqueue，將元素排序后取最小時間與當前時間比對，如小于當前時間代表已經過期移除key。

/**
 * 消費消息
 */
public void pollOrderQueue() {
    while (true) {
        Set<Tuple> set = jedis.zrangeWithScores(DELAY_QUEUE, 0, 0);
        String value = ((Tuple) set.toArray()[0]).getElement();
        int score = (int) ((Tuple) set.toArray()[0]).getScore();
        Calendar cal = Calendar.getInstance();
        int nowSecond = (int) (cal.getTimeInMillis() / 1000);
        if (nowSecond >= score) {
            jedis.zrem(DELAY_QUEUE, value);
            System.out.println(sdf.format(new Date()) + " removed key:" + value);
        }
        if (jedis.zcard(DELAY_QUEUE) <= 0) {
            System.out.println(sdf.format(new Date()) + " zset empty ");
            return;
        }
        Thread.sleep(1000);
    }
}

我們看到執行結果符合預期：

2020-05-07 13:24:09 add finished.
2020-05-07 13:24:19 removed key:order1
2020-05-07 13:24:29 removed key:order2
2020-05-07 13:24:39 removed key:order3
2020-05-07 13:24:39 zset empty 

3、Redis 過期鍵監聽回調

Redis的key過期回調事件，也能達到延遲隊列的效果，簡單來說我們開啟監聽key是否過期的事件，一旦key過期會觸發一個callback事件。

修改redis.conf文件開啟notify-keyspace-events Ex。 notify-keyspace-events Ex

Redis監聽配置，注入Bean RedisMessageListenerContainer。

其次，配置redis監聽器 最后，編寫redis key過期監聽回調方法

@Configuration
public class RedisListenerConfig {
@Bean
RedisMessageListenerContainer container(RedisConnectionFactory connectionFactory) {
        RedisMessageListenerContainer container = new RedisMessageListenerContainer();
        container.setConnectionFactory(connectionFactory);
         return container;
    }
}

編寫Redis過期回調監聽方法，必須繼承KeyExpirationEventMessageListener ，有點類似于MQ的消息監聽。

@Component
public class RedisKeyExpirationListener extends KeyExpirationEventMessageListener {
public RedisKeyExpirationListener(RedisMessageListenerContainer listenerContainer) {
    super(listenerContainer);
}
@Override
public void onMessage(Message message, byte[] pattern) {
      String expiredKey = message.toString();
      System.out.println("監聽到key：" + expiredKey + "已過期");
    }
}

到這代碼就編寫完成，非常的簡單，接下來測試一下效果，在redis-cli客戶端添加一個key并給定3s的過期時間。

set xiaofu 123 ex 3

在控制臺成功監聽到了這個過期的key。

監聽到過期的key為：xiaofu

4、Quartz定時任務

Quartz一款非常經典任務調度框架，在Redis、RabbitMQ還未廣泛應用時，超時未支付取消訂單功能都是由定時任務實現的。

導入Quartz依賴

<dependency>
   <groupId>org.springframework.boot</groupId>
   <artifactId>spring-boot-starter-quartz</artifactId>
</dependency>
>在啟動類中使用@EnableScheduling注解開啟定時任務功能。
```java
@SpringBootApplication
@EnableScheduling
public class DelayQueueApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(DelayQueueApplication.class, args);
    }
}

編寫定時任務

@Slf4j
@Component
public class QuartzDemo {
    /**
     * 每隔五秒開啟一次任務
     */
    @Scheduled(cron = "0/5 * * * * ? ")
    public void process(){
        log.info("--------------定時任務測試--------------");
    }
}

5、DelayQueue 延遲隊列

JDK中提供了一組實現延遲隊列的API，位于Java.util.concurrent包下DelayQueue。

DelayQueue是一個BlockingQueue（無界阻塞）隊列，它本質就是封裝了一個PriorityQueue（優先隊列），PriorityQueue內部使用完全二叉堆（不知道的自行了解哈）來實現隊列元素排序，我們在向DelayQueue隊列中添加元素時，會給元素一個Delay（延遲時間）作為排序條件，隊列中最小的元素會優先放在隊首。隊列中的元素只有到了Delay時間才允許從隊列中取出。隊列中可以放基本數據類型或自定義實體類，在存放基本數據類型時，優先隊列中元素默認升序排列，自定義實體類就需要我們根據類屬性值比較計算了。 先簡單實現一下看看效果，添加三個order入隊DelayQueue，分別設置訂單在當前時間的5秒、10秒、15秒后取消。

要實現DelayQueue延時隊列，隊中元素要implements Delayed 接口，這哥接口里只有一個getDelay方法，用于設置延期時間。Order類中compareTo方法負責對隊列中的元素進行排序。

public class Order implements Delayed {
/**
 * 延遲時間
 */
@JsonFormat(locale = "zh", timezone = "GMT+8", pattern = "yyyy-MM-dd HH:mm:ss")
private long time;
String name;
public Order(String name, long time, TimeUnit unit) {
    this.name = name;
    this.time = System.currentTimeMillis() + (time > 0 ? unit.toMillis(time) : 0);
}
@Override
public long getDelay(TimeUnit unit) {
    return time - System.currentTimeMillis();
}
@Override
public int compareTo(Delayed o) {
    Order Order = (Order) o;
    long diff = this.time - Order.time;
    if (diff <= 0) {
        return -1;
    } else {
        return 1;
    }
}
}

DelayQueue的put方法是線程安全的，因為put方法內部使用了ReentrantLock鎖進行線程同步。DelayQueue還提供了兩種出隊的方法poll()和take() ， poll()為非阻塞獲取，沒有到期的元素直接返回null；take()阻塞方式獲取，沒有到期的元素線程將會等待。

public class DelayQueueDemo {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Order Order1 = new Order("Order1", 5, TimeUnit.SECONDS);
    Order Order2 = new Order("Order2", 10, TimeUnit.SECONDS);
    Order Order3 = new Order("Order3", 15, TimeUnit.SECONDS);
    DelayQueue<Order> delayQueue = new DelayQueue<>();
    delayQueue.put(Order1);
    delayQueue.put(Order2);
    delayQueue.put(Order3);
    System.out.println("訂單延遲隊列開始時間:" + LocalDateTime.now().format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss")));
    while (delayQueue.size() != 0) {
        /**
         * 取隊列頭部元素是否過期
         */
        Order task = delayQueue.poll();
        if (task != null) {
            System.out.format("訂單:{%s}被取消, 取消時間:{%s}\n", task.name,  
            LocalDateTime.now().format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss")));
        }
        Thread.sleep(1000);
    }
}
}

上邊只是簡單的實現入隊與出隊的操作，實際開發中會有專門的線程，負責消息的入隊與消費。

執行后看到結果如下，Order1、Order2、Order3 分別在 5秒、10秒、15秒后被執行，至此就用DelayQueue實現了延時隊列。

訂單延遲隊列開始時間：2020-05-06 14:59:09

訂單：{Order1}被取消, 取消時間:{2020-05-06 14:59:14}

訂單：{Order2}被取消, 取消時間:{2020-05-06 14:59:19}

訂單：{Order3}被取消, 取消時間:{2020-05-06 14:59:24}

6、RabbitMQ 延時隊列

利用 RabbitMQ 做延時隊列是比較常見的一種方式，而實際上RabbitMQ 自身并沒有直接支持提供延遲隊列功能，而是通過 RabbitMQ 消息隊列的 TTL和 DXL這兩個屬性間接實現的。

先來認識一下 TTL和 DXL兩個概念：

Time To Live(TTL) ：

TTL 顧名思義：指的是消息的存活時間，RabbitMQ可以通過x-message-tt參數來設置指定Queue（隊列）和 Message（消息）上消息的存活時間，它的值是一個非負整數，單位為微秒。

RabbitMQ 可以從兩種維度設置消息過期時間，分別是隊列和消息本身

設置隊列過期時間，那么隊列中所有消息都具有相同的過期時間。 設置消息過期時間，對隊列中的某一條消息設置過期時間，每條消息TTL都可以不同。 如果同時設置隊列和隊列中消息的TTL，則TTL值以兩者中較小的值為準。而隊列中的消息存在隊列中的時間，一旦超過TTL過期時間則成為Dead Letter（死信）。

Dead Letter Exchanges（DLX）

DLX即死信交換機，綁定在死信交換機上的即死信隊列。RabbitMQ的 Queue（隊列）可以配置兩個參數x-dead-letter-exchange 和 x-dead-letter-routing-key（可選），一旦隊列內出現了Dead Letter（死信），則按照這兩個參數可以將消息重新路由到另一個Exchange（交換機），讓消息重新被消費。

x-dead-letter-exchange：隊列中出現Dead Letter后將Dead Letter重新路由轉發到指定 exchange（交換機）。

x-dead-letter-routing-key：指定routing-key發送，一般為要指定轉發的隊列。

隊列出現Dead Letter的情況有：

消息或者隊列的TTL過期

隊列達到最大長度

消息被消費端拒絕（basic.reject or basic.nack）

下邊結合一張圖看看如何實現超30分鐘未支付關單功能，我們將訂單消息A0001發送到延遲隊列order.delay.queue，并設置x-message-tt消息存活時間為30分鐘，當到達30分鐘后訂單消息A0001成為了Dead Letter（死信），延遲隊列檢測到有死信，通過配置x-dead-letter-exchange，將死信重新轉發到能正常消費的關單隊列，直接監聽關單隊列處理關單邏輯即可。

發送消息時指定消息延遲的時間

public void send(String delayTimes) {
    amqpTemplate.convertAndSend("order.pay.exchange", "order.pay.queue","大家好我是延遲數據", message -> {
      // 設置延遲毫秒值
      message.getMessageProperties().setExpiration(String.valueOf(delayTimes));
      return message;
    });
  }
}

設置延遲隊列出現死信后的轉發規則

/**
   * 延時隊列
   */
  @Bean(name = "order.delay.queue")
  public Queue getMessageQueue() {
    return QueueBuilder
        .durable(RabbitConstant.DEAD_LETTER_QUEUE)
        // 配置到期后轉發的交換
        .withArgument("x-dead-letter-exchange", "order.close.exchange")
        // 配置到期后轉發的路由鍵
        .withArgument("x-dead-letter-routing-key", "order.close.queue")
        .build();
  }

7、時間輪

前邊幾種延時隊列的實現方法相對簡單，比較容易理解，時間輪算法就稍微有點抽象了。kafka、netty都有基于時間輪算法實現延時隊列，下邊主要實踐Netty的延時隊列講一下時間輪是什么原理。

先來看一張時間輪的原理圖，解讀一下時間輪的幾個基本概念

wheel ：時間輪，圖中的圓盤可以看作是鐘表的刻度。比如一圈round 長度為24秒，刻度數為 8，那么每一個刻度表示 3秒。那么時間精度就是 3秒。時間長度 / 刻度數值越大，精度越大。

當添加一個定時、延時任務A，假如會延遲25秒后才會執行，可時間輪一圈round 的長度才24秒，那么此時會根據時間輪長度和刻度得到一個圈數 round和對應的指針位置 index，也是就任務A會繞一圈指向0格子上，此時時間輪會記錄該任務的round和 index信息。當round=0，index=0 ，指針指向0格子 任務A并不會執行，因為 round=0不滿足要求。

所以每一個格子代表的是一些時間，比如1秒和25秒 都會指向0格子上，而任務則放在每個格子對應的鏈表中，這點和HashMap的數據有些類似。

Netty構建延時隊列主要用HashedWheelTimer，HashedWheelTimer底層數據結構依然是使用DelayedQueue，只是采用時間輪的算法來實現。

下面我們用Netty 簡單實現延時隊列，HashedWheelTimer構造函數比較多，解釋一下各參數的含義。

ThreadFactory ：表示用于生成工作線程，一般采用線程池；

tickDuration和unit：每格的時間間隔，默認100ms；

ticksPerWheel：一圈下來有幾格，默認512，而如果傳入數值的不是2的N次方，則會調整為大于等于該參數的一個2的N次方數值，有利于優化hash值的計算。

public HashedWheelTimer(ThreadFactory threadFactory, long tickDuration, TimeUnit unit, int ticksPerWheel) {
    this(threadFactory, tickDuration, unit, ticksPerWheel, true);
  }

TimerTask：一個定時任務的實現接口，其中run方法包裝了定時任務的邏輯。

Timeout：一個定時任務提交到Timer之后返回的句柄，通過這個句柄外部可以取消這個定時任務，并對定時任務的狀態進行一些基本的判斷。 Timer：是HashedWheelTimer實現的父接口，僅定義了如何提交定時任務和如何停止整個定時機制。

public class NettyDelayQueue {
  public static void main(String[] args) {
    final Timer timer = new HashedWheelTimer(Executors.defaultThreadFactory(), 5, TimeUnit.SECONDS, 2);
    //定時任務
    TimerTask task1 = new TimerTask() {
      public void run(Timeout timeout) throws Exception {
        System.out.println("order1 5s 后執行 ");
        timer.newTimeout(this, 5, TimeUnit.SECONDS);//結束時候再次注冊
      }
    };
    timer.newTimeout(task1, 5, TimeUnit.SECONDS);
    TimerTask task2 = new TimerTask() {
      public void run(Timeout timeout) throws Exception {
        System.out.println("order2 10s 后執行");
        timer.newTimeout(this, 10, TimeUnit.SECONDS);//結束時候再注冊
      }
    };
    timer.newTimeout(task2, 10, TimeUnit.SECONDS);
    //延遲任務
    timer.newTimeout(new TimerTask() {
      public void run(Timeout timeout) throws Exception {
        System.out.println("order3 15s 后執行一次");
      }
    }, 15, TimeUnit.SECONDS);
  }
}

從執行的結果看，order3、order3延時任務只執行了一次，而order2、order1為定時任務，按照不同的周期重復執行。

order1 5s 后執行
order2 10s 后執行
order3 15s 后執行一次
order1 5s 后執行
order2 10s 后執行

到此，關于“Redis實現延遲隊列的方法是什么”的學習就結束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實踐的搭配能更好的幫助大家學習，快去試試吧！若想繼續學習更多相關知識，請繼續關注億速云網站，小編會繼續努力為大家帶來更多實用的文章！