Redis实现简易消息队列的三种方式

news2024/10/6 16:16:21

Redis实现简易消息队列的三种方式

消息队列简介

消息队列是一种用于在计算机系统中传递和处理数据的重要工具。如果你完全不了解消息队列，不用担心，我将尽力以简单明了的方式来解释它。

首先，想象一下你正在玩一个游戏，而游戏中有很多任务需要完成，但你不需要立刻完成它们。相反，你可以将这些任务列在一个清单上，然后按照你的时间表逐个完成。消息队列就像这个任务清单一样，只不过它用于计算机程序之间传递任务和数据。

消息队列的基本原理是，一个程序可以将一条消息（或任务）发送到队列中，然后另一个程序可以从队列中取出并处理这条消息。这种方式有几个关键优点：

  1. 异步通信：消息队列允许程序之间进行异步通信，也就是说，发送消息的程序不需要等待接收消息的程序立刻响应，它们可以继续执行其他任务。

  2. 解耦合：消息队列有助于解耦合（解除程序之间的依赖关系）。发送消息的程序不需要知道哪个程序将接收消息，而接收消息的程序只需要关注如何处理消息，而不需要担心消息的来源。

  3. 缓冲和负载均衡：消息队列可以用作缓冲区，帮助应对高负载情况。如果一个程序在某个时刻发送了大量消息，接收消息的程序可以按照自己的速度处理这些消息，而不会因为消息过多而崩溃。

  4. 数据持久化：有些消息队列系统还具有数据持久化功能，这意味着消息不会丢失，即使系统发生故障，消息也可以在恢复后重新处理。

  5. 可伸缩性：消息队列是构建分布式系统的重要工具，因为它们可以帮助应对不断增长的负载，而无需重新设计整个系统。

最常见的消息队列系统之一是RabbitMQ、Apache Kafka和Amazon SQS等。它们在不同情境下有不同的应用，但基本原理是相似的：它们都允许程序之间以异步、松散耦合的方式交换信息，从而提高系统的可伸缩性、可靠性和性能。

总之，消息队列是一种非常有用的工具，用于在计算机系统中传递和处理数据，帮助程序更高效地协同工作，提供了许多优点，包括异步通信、解耦合、缓冲、数据持久化和可伸缩性。希望这个简单的解释能帮助你理解消息队列的基本概念。

什么是消息队列：字面意思就是存放消息的队列。最简单的消息队列模型包括3个角色：

  • 消息队列：存储和管理消息，也被称为消息代理（Message Broker）
  • 生产者：发送消息到消息队列
  • 消费者：从消息队列获取消息并处理消息

Redis消息队列-基于List实现消息队列

消息队列（Message Queue），字面意思就是存放消息的队列。而Redis的list数据结构是一个双向链表，很容易模拟出队列效果。

队列是入口和出口不在一边，因此我们可以利用：LPUSH 结合 RPOP、或者 RPUSH 结合 LPOP来实现。
不过要注意的是，当队列中没有消息时RPOP或LPOP操作会返回null，并不像JVM的阻塞队列那样会阻塞并等待消息。因此这里应该使用BRPOP或者BLPOP来实现阻塞效果。

关于redis list的操作说明：

BLPOP key [key ...] timeout
  summary: Remove and get the first element in a list, or block until one is available
  since: 2.0.0

  BRPOP key [key ...] timeout
  summary: Remove and get the last element in a list, or block until one is available
  since: 2.0.0

  BRPOPLPUSH source destination timeout
  summary: Pop a value from a list, push it to another list and return it; or block until one is available
  since: 2.2.0

  BLPOP key [key ...] timeout
  summary: Remove and get the first element in a list, or block until one is available
  since: 2.0.0

  BRPOP key [key ...] timeout
  summary: Remove and get the last element in a list, or block until one is available
  since: 2.0.0


  LLEN key
  summary: Get the length of a list
  since: 1.0.0

  LPOP key
  summary: Remove and get the first element in a list
  since: 1.0.0

  LPUSH key value [value ...]
  summary: Prepend one or multiple values to a list
  since: 1.0.0

  LPUSHX key value
  summary: Prepend a value to a list, only if the list exists
  since: 2.2.0

  RPOP key
  summary: Remove and get the last element in a list
  since: 1.0.0

  RPOPLPUSH source destination
  summary: Remove the last element in a list, prepend it to another list and return it
  since: 1.2.0

  RPUSH key value [value ...]
  summary: Append one or multiple values to a list
  since: 1.0.0

  RPUSHX key value
  summary: Append a value to a list, only if the list exists
  since: 2.2.0

更多详细内容通过命令

help @list

查看

通过list的演示代码

127.0.0.1:6379> rpush list1 1 2 3 
(integer) 3
127.0.0.1:6379> lpop list1
"1"
127.0.0.1:6379> lpop list1
"2"
127.0.0.1:6379> lpop list1
"3"

阻塞演示：

一个生产者，两个消费者

在这里插入图片描述

让两个消费者获取消息

brpop list 123

此时两个消费者都进入阻塞模式

在这里插入图片描述

现在生产消息

lpush list test

结果：

在这里插入图片描述

从图中可以看出，生产者进行了两次生产，消费者只能一个一个的获取消息。

基于List的消息队列有哪些优缺点？
优点：

  • 利用Redis存储，不受限于JVM内存上限
  • 基于Redis的持久化机制，数据安全性有保证
  • 可以满足消息有序性

缺点：

  • 无法避免消息丢失 （生产者处理消息时丢失，而在List中已经被删除）
  • 只支持单消费者

Redis 消息队列-基于PubSub的消息队列

PubSub（发布订阅）是Redis2.0版本引入的消息传递模型。顾名思义，消费者可以订阅一个或多个channel，生产者向对应channel发送消息后，所有订阅者都能收到相关消息。

SUBSCRIBE channel [channel] ：订阅一个或多个频道
PUBLISH channel msg ：向一个频道发送消息
PSUBSCRIBE pattern[pattern] ：订阅与pattern格式匹配的所有频道

使用简介：

 PSUBSCRIBE pattern [pattern ...]
  summary: Listen for messages published to channels matching the given patterns
  since: 2.0.0

  PUBLISH channel message
  summary: Post a message to a channel
  since: 2.0.0

  PUBSUB subcommand [argument [argument ...]]
  summary: Inspect the state of the Pub/Sub subsystem
  since: 2.8.0

  PUNSUBSCRIBE [pattern [pattern ...]]
  summary: Stop listening for messages posted to channels matching the given patterns
  since: 2.0.0

  SUBSCRIBE channel [channel ...]
  summary: Listen for messages published to the given channels
  since: 2.0.0

  UNSUBSCRIBE [channel [channel ...]]
  summary: Stop listening for messages posted to the given channels
  since: 2.0.0

使用结果

在这里插入图片描述

基于PubSub的消息队列有哪些优缺点？
优点：

  • 采用发布订阅模型，支持多生产、多消费

缺点：

  • 不支持数据持久化
  • 无法避免消息丢失
  • 消息堆积有上限，超出时数据丢失

Redis 消息队列-基于Stream的消息队列

下面是添加消息的方法，其中key是指定stream的关键字，id是唯一的，如果输入*的话由redis自动生成，然后就是添加field string，键值对了

XADD key ID field string [field string ...]
summary: Appends a new entry to a stream
since: 5.0.0

下面是读消息的方法,其中COUNT可选字段表示读几条消息，BLOCK表示阻塞读取，其中的milliseconds如果为0表示永久，STREAMS就表示你要看的stream的key是什么，然后就是ID了，ID有两个选项一个0表示读取第一条消息$表示读取最新消息，但是这个读取最新消息可能会出现漏读现象。

XREAD [COUNT count] [BLOCK milliseconds] STREAMS key [key ...] ID [ID ...]
summary: Return never seen elements in multiple streams, with IDs greater than the ones reported by the caller for each stream. Can block.
since: 5.0.0

在这里插入图片描述

两个消费者同时进入阻塞读取最新消息

在这里插入图片描述

可以看到两个同时读取到了

在这里插入图片描述

新增多条消息，只能收取到最新消息

在这里插入图片描述

STREAM类型消息队列的XREAD命令特点：

优点：

  • 消息可回溯
  • 一个消息可以被多个消费者读取
  • 可以阻塞读取

缺点：

  • 有消息漏读的风险

消费者组解决漏读问题

消费者组(Consumer Group):将多个消费者划分到一个组中，监听同一个队列。具备下列特点：

  • 消息分流
    • 队列中的消息会分流给组内的不同消费者，而不是重复消费，从而加快消息处理的速度
  • 消息标示
    • 消费者组会维护一个标示，记录最后一个被处理的消息，哪怕消费者宕机重启，还会从标示之后读取消息。确保每一个消息都会被消费
  • 消息确认
    • 消费者获取消息后，消息处于pending状态，并存入一个pending-list。当处理完成后需要通过XACK来确认消息，标记消息为已处理，才会从pending-List移除。

创建消费者组

XGROUP CREATE key groupName ID [MKSTREAM]
  • key : 队列名称
  • groupName： 消费者组名称
  • ID： 起始ID标示 ， $代表队列中最后一个消息，0则代表队列中第一个消息
  • MKSTREAM： 队列不存在时自动创建队列

删除指定的消费者组

XGROUP DESTORY key groupName

给指定的消费者组添加消费者（一般自动添加）

XGROUP CREATECONSUMER key groupName consumername

删除消费者组中的指定消费者

XGROUP DELCONSUMER key groupname consumername

从消费者组读取消息

XREADGROUP GROUP group consumer [COUNT count] [BLOCK milliseconds] [NOACK] STREAMS key [key ……] ID [ID ……]
  • group : 消费者组名
  • consumer：消费者名称，如果消费者不存在，会自动创建一个消费者
  • count ： 本次查询的最大数量
  • BLICK milliseconds： 当没有消息时最长等待时间
  • NOACK： 无需手动ACK（ACK确认消息，从pending-list中移除）,胡渠道消息后自动确认
  • STREAMS key : 指定队列名称
  • ID ： 获取雄安锡的起始ID
    • > : 从下一个未消费的消息开始
    • 其他：根据指定id从pending-list中获取已消费单位确认的消息，例如0，从pending-list中的第一个消息开始。

确认消息

 XACK key group ID [ID ...]
  • key : stream 名称
  • group ： 消费者组名称
  • id： 就是消息的ID

查看pending-list中的消息信息

XPENDING key group [start end count] [consumer]

  • key: stream 名称

  • group ： group 名称

  • start end count ： 可以使用 - 代表从第一个 +代表对后一个这两个配合就是所有，然后用count表示出几个，示例

    xpending stream1 g1 - + 10

在java中的逻辑

在这里插入图片描述

STREAM类型消息队列的XREADGROUP命令特点：

  • 消息可回溯
  • 可以多消费者争抢消息，加快消费速度
  • 可以阻塞读取
  • 没有消息漏读的风险
  • 有消息确认机制，保证消息至少被消费一次

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