Redisで遅延キューを実装する方法は何ですか?

1. はじめに

1.1. 遅延キューとは

遅延キューと通常のキューの最大の違いは、その遅延属性に反映されます。先入れ先出しの処理は、キューに入れられた順序で実行されます。遅延キュー内の要素には、キューに入れられるときに遅延時間が割り当てられ、指定された時間の後に処理されることを示します。遅延キューの構造は、従来のキューよりも時間重み付けされた順序付きヒープ構造に似ています。

1.2. アプリケーション シナリオ

一部のビジネス シナリオでは、特定のタイム ノードまたは一定期間後に実行する必要がある関数が頻繁に発生します。たとえば、次のシナリオがあります:

新しい注文を作成します。指定された時間内にお支払いが行われない場合、テイクアウトまたはタクシーは自動的にキャンセルされる必要があります。到着予定時刻の 10 分前に、乗客またはタクシーがキャンセルされます。ドライバーはタイムアウトを超過することを通知されます。速達便を受け取った後、指定された時間内に配達物が配達されます。ユーザーが受領書を確認しない場合、配達は自動的に確認されます。予定された会議の場合は 10 分です。会議の開始前に、できるだけ早く会議に参加するよう通知されます。日次週次レポートは、締め切りの 30 分前にできるだけ早く提出するよう通知します。

1.3. 使用する理由? 遅延キュー

データ量が少なく、データの適時性に対する要件が低い一部のプロジェクトの場合、最も簡単で効果的な方法は、スケジュールされたタスクを作成してデータベースをスキャンしてビジネスを実現することです。データの量が数百万または数千万に達すると、データベースが定期的にスキャンされていると、簡単に攻撃を受けます。データがこのレベルに達すると、テーブルを定期的にスキャンするのは非常に非効率であることは誰もが知っていると思いますが、タイミング間隔が比較的短い場合でも、スキャンが完了する前に次のスキャンが開始されてしまいます。このとき、遅延キューを使用すると非常に効果的である可能性があります。

#遅延キューを実装するいくつかの方法

• Quartz スケジュールされたタスク

• DelayQueue 遅延キュー

#Redis ソート セット Redis
期限切れキー リスニング コールバック
RabbitMQ デッド レター キュー
RabbitMQ はプラグインに基づいて遅延キューを実装します
ホイール タイム ホイール アルゴリズム
2、Redis ソート セット

Redis In では、zet は順序付きセットです。その順序付き特性を使用してタスクを zset に追加したり、タスクの有効期限をスコアとして使用したり、zset のデフォルトの順序付き特性を使用して最小のスコア値 (つまり、は、最新の Expired タスク)、システム時刻とタスクの有効期限を判断し、有効期限に達した場合は業務を実行し、期限切れのタスクを削除し、次の要素の判断を継続します。 、一定期間スリープします (例: 1 秒)、コレクションが空の場合は、一定期間スリープします。

zadd コマンドを使用してキュー遅延キューに要素を追加し、要素の有効期限を示すスコア値を設定します。3 つの order1、order2、および order3 を遅延キュー (それぞれ 10 秒) は、20 秒と 30 秒後に期限切れになります。

zadd latequeue 3 order3

コンシューマーはキュー遅延キューをポーリングし、要素を並べ替えて、最小時間を現在時刻と比較します。それが現在時刻より小さい場合は、キーが有効期限が切れて削除されました。

/**
 * 消费消息
 */
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);
    }
}

実行結果が期待どおりであることがわかります:

2020-05-07 13:24:09 add completed.

2020-05-07 13 :24:19 削除されたキー:order1

2020-05-07 13:24:29 削除されたキー:order2
2020-05-07 13:24:39 削除されたキー:order3
2020-05-07 13:24: 39 zset empty

3. Redis の有効期限切れキー監視コールバック

Redis のキー有効期限切れコールバック イベントは、キューを遅延させる効果も達成できます。キーの有効期限が切れたかどうかを監視するイベント。キーの有効期限が切れると、コールバック イベントがトリガーされます。

notify-keyspace-events Ex を有効にするには、redis.conf ファイルを編集する必要があります。 Notice-keyspace-events Ex

Redis リスニング構成、Bean RedisMessageListenerContainer を注入します。

2 番目に、redis リスナーを構成します。最後に、redis キーの有効期限をリッスンするコールバック メソッドを作成します。

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

Redis の有効期限をリッスンするコールバック メソッドを作成するときは、KeyExpirationEventMessageListener を継承する必要があります。 MQ メッセージのリスニング。

@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("监听到key：" + expiredKey + "已过期");
    }
}

コードが作成されました。非常に簡単です。次に、効果をテストします。redis-cli クライアントにキーを追加し、有効期限を 3 秒に設定します。

set xiaofu 123 ex 3

期限切れのキーがコンソールで正常に監視されました。

監視される期限切れのキーは: xiaofu

4. Quartz スケジュールされたタスク

Quartz は非常に古典的なタスク スケジューリング フレームワークであり、Redis と RabbitMQ が広く使用されていなかったとき、この関数は時間の経過とともに支払いなしで注文をキャンセルすることは、スケジュールされたタスクによって実装されます。

Quartz 依存関係のインポート

<dependency>
   <groupId>org.springframework.boot</groupId>
   <artifactId>spring-boot-starter-quartz</artifactId>
</dependency>
>在启动类中使用@EnableScheduling注解开启定时任务功能。
```java
@SpringBootApplication
@EnableScheduling
public class DelayQueueApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(DelayQueueApplication.class, args);
    }
}

スケジュールされたタスクの書き込み

@Slf4j
@Component
public class QuartzDemo {
    /**
     * 每隔五秒开启一次任务
     */
    @Scheduled(cron = "0/5 * * * * ? ")
    public void process(){
        log.info("--------------定时任务测试--------------");
    }
}

5. DelayQueue 遅延キュー

JDK では、遅延キューを実装するための API セットが提供されています。 Java.util.concurrent パッケージの下の DelayQueue。

DelayQueue是一个BlockingQueue（无界阻塞）队列，它本质就是封装了一个PriorityQueue（优先队列），PriorityQueue内部使用完全二叉堆（不知道的自行了解哈）来实现队列元素排序，我们在向DelayQueue队列中添加元素时，会给元素一个Delay（延迟时间）作为排序条件，队列中最小的元素会优先放在队首。队列中的元素只有到了Delay时间才允许从队列中取出。队列中可以放基本数据类型或自定义实体类，在存放基本数据类型时，优先队列中元素默认升序排列，自定义实体类就需要我们根据类属性值比较计算了。 先简单实现一下看看效果，添加三个order入队DelayQueue，分别设置订单在当前时间的5秒、10秒、15秒后取消。

要实现DelayQueue延时队列，队中元素要implements Delayed 接口，这哥接口里只有一个getDelay方法，用于设置延期时间。在Order类中，compareTo方法的作用是对队列中的元素进行排列。

public class Order implements Delayed {
/**
 * 延迟时间
 */
@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方法是线程安全的，因为put方法内部使用了ReentrantLock锁进行线程同步。DelayQueue还提供了两种出队的方法poll()和take() ， poll()为非阻塞获取，没有到期的元素直接返回null；take()阻塞方式获取，没有到期的元素线程将会等待。

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("订单延迟队列开始时间:" + LocalDateTime.now().format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss")));
    while (delayQueue.size() != 0) {
        /**
         * 取队列头部元素是否过期
         */
        Order task = delayQueue.poll();
        if (task != null) {
            System.out.format("订单:{%s}被取消, 取消时间:{%s}\n", task.name,  
            LocalDateTime.now().format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss")));
        }
        Thread.sleep(1000);
    }
}
}

上边只是简单的实现入队与出队的操作，实际开发中会有专门的线程，负责消息的入队与消费。

执行后看到结果如下，Order1、Order2、Order3 分别在 5秒、10秒、15秒后被执行，至此就用DelayQueue实现了延时队列。

订单延迟队列开始时间：2020-05-06 14:59:09

订单：{Order1}被取消, 取消时间:{2020-05-06 14:59:14}

订单：{Order2}被取消, 取消时间:{2020-05-06 14:59:19}

订单：{Order3}被取消, 取消时间:{2020-05-06 14:59:24}

6、RabbitMQ 延时队列

利用 RabbitMQ 做延时队列是比较常见的一种方式，而实际上RabbitMQ 自身并没有直接支持提供延迟队列功能，而是通过 RabbitMQ 消息队列的 TTL和 DXL这两个属性间接实现的。

先来认识一下 TTL和 DXL两个概念：

Time To Live(TTL) ：

TTL 顾名思义：指的是消息的存活时间，RabbitMQ可以通过x-message-tt参数来设置指定Queue（队列）和 Message（消息）上消息的存活时间，它的值是一个非负整数，单位为微秒。

RabbitMQ 可以从两种维度设置消息过期时间，分别是队列和消息本身

设置队列过期时间，那么队列中所有消息都具有相同的过期时间。可以在队列中为每条消息单独设置过期时间，即使每个消息的TTL不同也可以实现。若队列和队列中消息的TTL同时被设置，则TTL的值以两者中较小的那个为准。如果队列中的消息存储时间超过了预设的TTL过期时间，那么它就会变成Dead Letter（死信）。

Dead Letter Exchanges（DLX）

DLX即死信交换机，绑定在死信交换机上的即死信队列。RabbitMQ的 Queue（队列）可以配置两个参数x-dead-letter-exchange 和 x-dead-letter-routing-key（可选），一旦队列内出现了Dead Letter（死信），则按照这两个参数可以将消息重新路由到另一个Exchange（交换机），让消息重新被消费。

x-dead-letter-exchange：队列中出现Dead Letter后将Dead Letter重新路由转发到指定 exchange（交换机）。

x-dead-letter-routing-key：指定routing-key发送，一般为要指定转发的队列。

队列出现Dead Letter的情况有：

消息或者队列的TTL过期

队列达到最大长度

消息被消费端拒绝（basic.reject or basic.nack）

下边结合一张图看看如何实现超30分钟未支付关单功能，我们将订单消息A0001发送到延迟队列order.delay.queue，并设置x-message-tt消息存活时间为30分钟，当到达30分钟后订单消息A0001成为了Dead Letter（死信），延迟队列检测到有死信，通过配置x-dead-letter-exchange，将死信重新转发到能正常消费的关单队列，直接监听关单队列处理关单逻辑即可。

发送消息时指定消息延迟的时间

public void send(String delayTimes) {
    amqpTemplate.convertAndSend("order.pay.exchange", "order.pay.queue","大家好我是延迟数据", message -> {
      // 设置延迟毫秒值
      message.getMessageProperties().setExpiration(String.valueOf(delayTimes));
      return message;
    });
  }
}

设置延迟队列出现死信后的转发规则

/**
   * 延时队列
   */
  @Bean(name = "order.delay.queue")
  public Queue getMessageQueue() {
    return QueueBuilder
        .durable(RabbitConstant.DEAD_LETTER_QUEUE)
        // 配置到期后转发的交换
        .withArgument("x-dead-letter-exchange", "order.close.exchange")
        // 配置到期后转发的路由键
        .withArgument("x-dead-letter-routing-key", "order.close.queue")
        .build();
  }

7、时间轮

前面几种实现延迟队列的方法相对简单，比较易于理解。相比之下，时间轮算法稍微有点抽象。kafka、netty都有基于时间轮算法实现延时队列，下边主要实践Netty的延时队列讲一下时间轮是什么原理。

先来看一张时间轮的原理图，解读一下时间轮的几个基本概念

wheel ：时间轮，图中的圆盘可以看作是钟表的刻度。举个例子，如果一圈round的长度为24秒，共分成8个刻度，那么每个刻度代表3秒。那么时间精度就是 3秒。时间长度 / 刻度数值越大，精度越大。

当添加一个定时、延时任务A，假如会延迟25秒后才会执行，可时间轮一圈round 的长度才24秒，那么此时会根据时间轮长度和刻度得到一个圈数 round和对应的指针位置 index，也是就任务A会绕一圈指向0格子上，此时时间轮会记录该任务的round和 index信息。指针处于0格，当 round=0 且 index=0 时不会执行任务A，因为 round=0 不符合条件。

所以每一个格子代表的是一些时间，比如1秒和25秒 都会指向0格子上，而任务则放在每个格子对应的链表中，这点和HashMap的数据有些类似。

Netty构建延时队列主要用HashedWheelTimer，HashedWheelTimer底层数据结构依然是使用DelayedQueue，只是采用时间轮的算法来实现。

下面我们用Netty 简单实现延时队列，HashedWheelTimer构造函数比较多，解释一下各参数的含义。

ThreadFactory ：表示用于生成工作线程，一般采用线程池；

tickDuration和unit：每格的时间间隔，默认100ms；

ticksPerWheel：一圈下来有几格，默认512，而如果传入数值的不是2的N次方，则会调整为大于等于该参数的一个2的N次方数值，有利于优化hash值的计算。

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

TimerTask：一个定时任务的实现接口，其中run方法包装了定时任务的逻辑。

Timeout：一个定时任务提交到Timer之后返回的句柄，通过这个句柄外部可以取消这个定时任务，并对定时任务的状态进行一些基本的判断。 Timer：是HashedWheelTimer实现的父接口，仅定义了如何提交定时任务和如何停止整个定时机制。

public class NettyDelayQueue {
  public static void main(String[] args) {
    final Timer timer = new HashedWheelTimer(Executors.defaultThreadFactory(), 5, TimeUnit.SECONDS, 2);
    //定时任务
    TimerTask task1 = new TimerTask() {
      public void run(Timeout timeout) throws Exception {
        System.out.println("order1 5s 后执行 ");
        timer.newTimeout(this, 5, TimeUnit.SECONDS);//结束时候再次注册
      }
    };
    timer.newTimeout(task1, 5, TimeUnit.SECONDS);
    TimerTask task2 = new TimerTask() {
      public void run(Timeout timeout) throws Exception {
        System.out.println("order2 10s 后执行");
        timer.newTimeout(this, 10, TimeUnit.SECONDS);//结束时候再注册
      }
    };
    timer.newTimeout(task2, 10, TimeUnit.SECONDS);
    //延迟任务
    timer.newTimeout(new TimerTask() {
      public void run(Timeout timeout) throws Exception {
        System.out.println("order3 15s 后执行一次");
      }
    }, 15, TimeUnit.SECONDS);
  }
}

从执行的结果看，order3、order3延时任务只执行了一次，而order2、order1为定时任务，按照不同的周期重复执行。

order1 5s 后执行
order2 10s 后执行
order3 15s 后执行一次
order1 5s 后执行
order2 10s 后执行

以上がRedisで遅延キューを実装する方法は何ですか?の詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。