Redis进阶——redis消息队列

redis消息队列
- 认识消息队列
- 基于List实现消息队列
- - 如何基于List结构模拟消息队列
  - 基于List的消息队列有哪些优缺点？
- 基于PubSub的消息队列
- 基于Stream的消息队列
- - 读取消息的方式之一：XREAD
  - 基于Stream的消息队列–消费者组
  - redis三种消息队列的对比
- Stream消息队列实现异步秒杀下单

redis消息队列

认识消息队列

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

使用队列的好处在于解耦：举个例子，快递员(生产者)把快递放到驿站/快递柜里去(Message Queue)去，我们(消费者)从快递柜/驿站去拿快递，这就是一个异步，如果耦合，那么快递员必须亲自上楼把快递递到你手里，服务当然好，但是万一我不在家，快递员就得一直等我，浪费了快递员的时间。所以解耦还是非常有必要的
那么在这种场景下我们的秒杀就变成了：在我们下单之后，利用Redis去进行校验下单的结果，然后在通过队列把消息发送出去，然后在启动一个线程去拿到这个消息，完成解耦，同时也加快我们的响应速度
这里我们可以直接使用一些现成的(MQ)消息队列，如kafka，rabbitmq等，但是如果没有安装MQ，我们也可以使用Redis提供的MQ方案

基于List实现消息队列

如何基于List结构模拟消息队列

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，很容易模拟出队列的效果
队列的入口和出口不在同一边，所以我们可以利用：LPUSH结合RPOP或者RPUSH结合LPOP来实现消息队列。
不过需要注意的是，当队列中没有消息时，RPOP和LPOP操作会返回NULL，而不像JVM阻塞队列那样会阻塞，并等待消息，所以我们这里应该使用BRPOP或者BLPOP来实现阻塞效果

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，数据安全性有保障
可以满足消息有序性

缺点

无法避免消息丢失(经典服务器宕机)
只支持单消费者(一个消费者把消息拿走了，其他消费者就看不到这条消息了)

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，消费和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

官方通配符介绍：

Subscribes the client to the given patterns.
Supported glob-style patterns:

h?flo subscribes to hello, hallo and hxllo
h*llo subscribes to hllo and heeeello
h[ae]llo subscribes to hello and hallo, but not hillo
Use \ to escape special characters if you want to match them verbatim.

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（如果向频道发送了消息，却没有人订阅该频道，那发送的这条消息就丢失了）
消息堆积有上限，超出时数据丢失（消费者拿到数据的时候处理的太慢，而发送消息发的太快）

基于Stream的消息队列

Stream是Redis 5.0引入的一种新数据类型，可以时间一个功能非常完善的消息队列
发送消息的命令
XADD key [NOMKSTREAM] [MAXLEN|MINID [=!~] threshold [LIMIT count]] *|ID field value [field value ...]

NOMKSTREAM
如果队列不存在，是否自动创建队列，默认是自动创建
[MAXLEN|MINID [=!~] threshold [LIMIT count]]
设置消息队列的最大消息数量，不设置则无上限
*|ID
消息的唯一id，*代表由Redis自动生成。格式是"时间戳-递增数字"，例如"114514114514-0"
field value [field value …]
发送到队列中的消息，称为Entry。格式就是多个key-value键值对

举例

## 创建名为users的队列，并向其中发送一个消息，内容是{name=jack, age=21}，并且使用Redis自动生成ID
XADD users * name jack age 21

读取消息的方式之一：XREAD

XREAD [COUNT count] [BLOCK milliseconds] STREAMS key [key ...] ID [ID ...]

[COUNT count]
每次读取消息的最大数量
[BLOCK milliseconds]
当没有消息时，是否阻塞，阻塞时长
STREAMS key [key …]
要从哪个队列读取消息，key就是队列名
ID [ID …]
起始ID，只返回大于该ID的消息
0：表示从第一个消息开始
$：表示从最新的消息开始

例如：使用XREAD读取第一个消息

云服务器:0>XREAD COUNT 1 STREAMS users 0
1) 1) "users"
   2) 1) 1) "1667119621804-0"
         2) 1) "name"
            2) "jack"
            3) "age"
            4) "21"

例如：XREAD阻塞方式，读取最新消息

云服务器:0>XREAD COUNT 1 STREAMS users 0
1) 1) "users"
   2) 1) 1) "1667119621804-0"
         2) 1) "name"
            2) "jack"
            3) "age"
            4) "21"

例如：XREAD阻塞方式，读取最新消息

XREAD COUNT 2 BLOCK 10000 STREAMS users $

在业务开发中，我们可以使用循环调用的XREAD阻塞方式来查询最新消息，从而实现持续监听队列的效果，伪代码如下

while (true){
    //尝试读取队列中的消息，最多阻塞2秒
    Object msg = redis.execute("XREAD COUNT 1 BLOCK 2000 STREAMS users $");
    //没读取到，跳过下面的逻辑
    if(msg == null){
        continue;
    }
    //处理消息
    handleMessage(msg);
}

注意：当我们指定其实ID为$时，代表只能读取到最新消息，如果当我们在处理一条消息的过程中，又有超过1条以上的消息到达队列，那么下次获取的时候，也只能获取到最新的一条，会出现漏读消息的问题

STREAM类型消息队列的XREAD命令特点

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
有漏读消息的风险

基于Stream的消息队列–消费者组

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，具备以下特点

消息分流
队列中的消息会分留给组内的不同消费者，而不是重复消费者，从而加快消息处理的速度
消息标识
消费者会维护一个标识，记录最后一个被处理的消息，哪怕消费者宕机重启，还会从标识之后读取消息，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中移除

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标识，$代表队列中的最后一个消息，0代表队列中的第一个消息
MKSTREAM
   队列不存在时自动创建队列

其他常见命令
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
XGROUP CREATECONSUMER key groupName consumerName
删除消费者组中指定的消费者
XGROUP DELCONSUMER key groupName consumerName
从消费者组中读取消息
XREADGROUP GROUP group consumer [COUNT count] [BLOCK milliseconds] [NOACK] STREAMS key [keys ...] ID [ID ...]

group
   消费者组名称
consumer
   消费者名，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
BLOCK milliseconds
   当前没有消息时的最大等待时间
NOACK
   无需手动ACK，获取到消息后自动确认（一般不用，我们都是手动确认）
STREAMS key
   指定队列名称
ID
   获取消息的起始ID
   >：从下一个未消费的消息开始(pending-list中)
   其他：根据指定id从pending-list中获取已消费但未确认的消息，例如0，是从pending-list中的第一个消息开始

消费者监听消息的基本思路

while(true){
    // 尝试监听队列，使用阻塞模式，最大等待时长为2000ms
    Object msg = redis.call("XREADGROUP GROUP g1 c1 COUNT 1 BLOCK 2000 STREAMS s1 >")
    if(msg == null){
        // 没监听到消息，重试
        continue;
    }
    try{
        //处理消息，完成后要手动确认ACK，ACK代码在handleMessage中编写
        handleMessage(msg);
    } catch(Exception e){
        while(true){
            //0表示从pending-list中的第一个消息开始，如果前面都ACK了，那么这里就不会监听到消息
            Object msg = redis.call("XREADGROUP GROUP g1 c1 COUNT 1 STREAMS s1 0");
            if(msg == null){
                //null表示没有异常消息，所有消息均已确认，结束循环
                break;
            }
            try{
                //说明有异常消息，再次处理
                handleMessage(msg);
            } catch(Exception e){
                //再次出现异常，记录日志，继续循环
                log.error("..");
                continue;
            }
        }
    }
}

STREAM类型消息队列的XREADGROUP命令的特点

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
没有消息漏读风险
有消息确认机制，保证消息至少被消费一次

redis三种消息队列的对比

Stream消息队列实现异步秒杀下单

需求：

创建一个Stream类型的消息队列，名为stream.orders
修改之前的秒杀下单Lua脚本，在认定有抢购资格后，直接向stream.orders中添加消息，内容包含voucherId、userId、orderId
项目启动时，开启一个线程任务，尝试获取stream.orders中的消息，完成下单

步骤一：创建一个Stream类型的消息队列，名为stream.orders
XGROUP CREATE stream.orders g1 0 MKSTREAM

步骤二：修改Lua脚本，新增orderId参数，并将订单信息加入到消息队列中

-- 订单id
local voucherId = ARGV[1]
-- 用户id
local userId = ARGV[2]
-- 新增orderId，但是变量名用id就好，因为VoucherOrder实体类中的orderId就是用id表示的
local id = ARGV[3]
-- 优惠券key
local stockKey = 'seckill:stock:' .. voucherId
-- 订单key
local orderKey = 'seckill:order:' .. voucherId
-- 判断库存是否充足
if (tonumber(redis.call('get', stockKey)) <= 0) then
    return 1
end
-- 判断用户是否下单
if (redis.call('sismember', orderKey, userId) == 1) then
    return 2
end
-- 扣减库存
redis.call('incrby', stockKey, -1)
-- 将userId存入当前优惠券的set集合
redis.call('sadd', orderKey, userId)
-- 将下单数据保存到消息队列中
redis.call("sadd", 'stream.orders', '*', 'userId', userId, 'voucherId', voucherId, 'id', id)
return 0

步骤三：修改秒杀逻辑
由于将下单数据加入到消息队列的功能，我们在Lua脚本中实现了，所以这里就不需要将下单数据加入到JVM的阻塞队列中去了，同时Lua脚本中我们新增了一个参数
之前的代码：

    @Override
    public Result seckillVoucher(Long voucherId) {
+       long orderId = redisIdWorker.nextId("order");
        Long result = stringRedisTemplate.execute(SECKILL_SCRIPT,
                Collections.emptyList(), voucherId.toString(),
+               UserHolder.getUser().getId().toString(), String.valueOf(orderId));
        if (result.intValue() != 0) {
            return Result.fail(result.intValue() == 1 ? "库存不足" : "不能重复下 单");
        }
-       long orderId = redisIdWorker.nextId("order");
-       //封装到voucherOrder中
-       VoucherOrder voucherOrder = new VoucherOrder();
-       voucherOrder.setVoucherId(voucherId);
-       voucherOrder.setUserId(UserHolder.getUser().getId());
-       voucherOrder.setId(orderId);
-       //加入到阻塞队列
-       orderTasks.add(voucherOrder);
        //主线程获取代理对象
        proxy = (IVoucherOrderService) AopContext.currentProxy();
        return Result.ok(orderId);
    }

修改后的代码：

@Override
public Result seckillVoucher(Long voucherId) {
    long orderId = redisIdWorker.nextId("order");
    Long result = stringRedisTemplate.execute(SECKILL_SCRIPT,
            Collections.emptyList(), voucherId.toString(),
            UserHolder.getUser().getId().toString(), String.valueOf(orderId));
    if (result.intValue() != 0) {
        return Result.fail(result.intValue() == 1 ? "库存不足" : "不能重复下单");
    }
    //主线程获取代理对象
    proxy = (IVoucherOrderService) AopContext.currentProxy();
    return Result.ok(orderId);
}

根据伪代码来修改我们的VoucherOrderHandler

String queueName = "stream.orders";

private class VoucherOrderHandler implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            try {
                //1. 获取队列中的订单信息 XREADGROUP GROUP g1 c1 COUNT 1 BLOCK 2000 STREAMS stream.orders >
                List<MapRecord<String, Object, Object>> records = stringRedisTemplate.opsForStream().read(Consumer.from("g1", "c1"),
                        StreamReadOptions.empty().count(1).block(Duration.ofSeconds(2)),
                        //ReadOffset.lastConsumed()底层就是 '>'
                        StreamOffset.create(queueName, ReadOffset.lastConsumed()));
                //2. 判断消息是否获取成功
                if (records == null || records.isEmpty()) {
                    continue;
                }
                //3. 消息获取成功之后，我们需要将其转为对象
                MapRecord<String, Object, Object> record = records.get(0);
                Map<Object, Object> values = record.getValue();
                VoucherOrder voucherOrder = BeanUtil.fillBeanWithMap(values, new VoucherOrder(), true);
                //4. 获取成功，执行下单逻辑，将数据保存到数据库中
                handleVoucherOrder(voucherOrder);
                //5. 手动ACK，SACK stream.orders g1 id
                stringRedisTemplate.opsForStream().acknowledge(queueName, "g1", record.getId());
            } catch (Exception e) {
                log.error("订单处理异常", e);
                //订单异常的处理方式我们封装成一个函数，避免代码太臃肿
                handlePendingList();
            }
        }
    }
}

private void handlePendingList() {
    while (true) {
        try {
            //1. 获取pending-list中的订单信息 XREADGROUP GROUP g1 c1 COUNT 1 BLOCK 2000 STREAMS stream.orders 0
            List<MapRecord<String, Object, Object>> records = stringRedisTemplate.opsForStream().read(
                    Consumer.from("g1", "c1"),
                    StreamReadOptions.empty().count(1),
                    StreamOffset.create(queueName, ReadOffset.from("0")));
            //2. 判断pending-list中是否有未处理消息
            if (records == null || records.isEmpty()) {
                //如果没有就说明没有异常消息，直接结束循环
                break;
            }
            //3. 消息获取成功之后，我们需要将其转为对象
            MapRecord<String, Object, Object> record = records.get(0);
            Map<Object, Object> values = record.getValue();
            VoucherOrder voucherOrder = BeanUtil.fillBeanWithMap(values, new VoucherOrder(), true);
            //4. 获取成功，执行下单逻辑，将数据保存到数据库中
            handleVoucherOrder(voucherOrder);
            //5. 手动ACK，SACK stream.orders g1 id
            stringRedisTemplate.opsForStream().acknowledge(queueName, "g1", record.getId());
        } catch (Exception e) {
            log.info("处理pending-list异常");
            //如果怕异常多次出现，可以在这里休眠一会儿
            try {
                Thread.sleep(50);
            } catch (InterruptedException ex) {
                throw new RuntimeException(ex);
            }
        }
    }
}