延遲隊列，顧名思義它是一種帶有延遲功能的消息隊列。那么，是在什么場景下我才需要這樣的隊列呢？

1. 背景

我們先看看以下業(yè)務(wù)場景：

• 當(dāng)訂單一直處于未支付狀態(tài)時，如何及時的關(guān)閉訂單
• 如何定期檢查處于退款狀態(tài)的訂單是否已經(jīng)退款成功
• 在訂單長時間沒有收到下游系統(tǒng)的狀態(tài)通知的時候，如何實現(xiàn)階梯式的同步訂單狀態(tài)的策略
• 在系統(tǒng)通知上游系統(tǒng)支付成功終態(tài)時，上游系統(tǒng)返回通知失敗，如何進(jìn)行異步通知實行分頻率發(fā)送:15s 3m 10m 30m 30m 1h 2h 6h 15h

1.1 解決方案

• 最簡單的方式，定時掃表。例如對于訂單支付失效要求比較高的，每2S掃表一次檢查過期的訂單進(jìn)行主動關(guān)單操作。優(yōu)點是簡單，缺點是每分鐘全局掃表，浪費資源，如果遇到表數(shù)據(jù)訂單量即將過期的訂單量很大，會造成關(guān)單延遲。

• 使用RabbitMq或者其他MQ改造實現(xiàn)延遲隊列，優(yōu)點是，開源，現(xiàn)成的穩(wěn)定的實現(xiàn)方案，缺點是：MQ是一個消息中間件，如果團(tuán)隊技術(shù)棧本來就有MQ，那還好，如果不是，那為了延遲隊列而去部署一套MQ成本有點大

• 使用Redis的zset、list的特性，我們可以利用redis來實現(xiàn)一個延遲隊列RedisDelayQueue

2. 設(shè)計目標(biāo)

• 實時性：允許存在一定時間的秒級誤差
• 高可用性：支持單機(jī)、支持集群
• 支持消息刪除：業(yè)務(wù)會隨時刪除指定消息
• 消息可靠性：保證至少被消費一次
• 消息持久化：基于Redis自身的持久化特性，如果Redis數(shù)據(jù)丟失，意味著延遲消息的丟失，不過可以做主備和集群保證。這個可以考慮后續(xù)優(yōu)化將消息持久化到MangoDB中

3. 設(shè)計方案

設(shè)計主要包含以下幾點：

• 將整個Redis當(dāng)做消息池，以KV形式存儲消息
• 使用ZSET做優(yōu)先隊列，按照Score維持優(yōu)先級
• 使用LIST結(jié)構(gòu)，以先進(jìn)先出的方式消費
• ZSET和LIST存儲消息地址(對應(yīng)消息池的每個KEY)
• 自定義路由對象，存儲ZSET和LIST名稱，以點對點的方式將消息從ZSET路由到正確的LIST
• 使用定時器維護(hù)路由
• 根據(jù)TTL規(guī)則實現(xiàn)消息延遲

3.1 設(shè)計圖

還是基于有贊的延遲隊列設(shè)計，進(jìn)行優(yōu)化改造及代碼實現(xiàn)。有贊設(shè)計

3.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

• ZING:DELAY_QUEUE:JOB_POOL 是一個Hash_Table結(jié)構(gòu)，里面存儲了所有延遲隊列的信息。KV結(jié)構(gòu)：K=prefix+projectName field = topic+jobId V=CONENT;V由客戶端傳入的數(shù)據(jù)，消費的時候回傳
• ZING:DELAY_QUEUE:BUCKET 延遲隊列的有序集合ZSET，存放K=ID和需要的執(zhí)行時間戳，根據(jù)時間戳排序
• ZING:DELAY_QUEUE:QUEUE LIST結(jié)構(gòu)，每個Topic一個LIST，list存放的都是當(dāng)前需要被消費的JOB

圖片僅供參考，基本可以描述整個流程的執(zhí)行過程，圖片源于文末的參考博客中

3.3 任務(wù)的生命周期

1. 新增一個JOB，會在ZING:DELAY_QUEUE:JOB_POOL中插入一條數(shù)據(jù)，記錄了業(yè)務(wù)方消費方。ZING:DELAY_QUEUE:BUCKET也會插入一條記錄，記錄執(zhí)行的時間戳
2. 搬運(yùn)線程會去ZING:DELAY_QUEUE:BUCKET中查找哪些執(zhí)行時間戳的RunTimeMillis比現(xiàn)在的時間小，將這些記錄全部刪除；同時會解析出每個任務(wù)的Topic是什么，然后將這些任務(wù)PUSH到TOPIC對應(yīng)的列表ZING:DELAY_QUEUE:QUEUE中
3. 每個TOPIC的LIST都會有一個監(jiān)聽線程去批量獲取LIST中的待消費數(shù)據(jù)，獲取到的數(shù)據(jù)全部扔給這個TOPIC的消費線程池
4. 消費線程池執(zhí)行會去ZING:DELAY_QUEUE:JOB_POOL查找數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，返回給回調(diào)結(jié)構(gòu)，執(zhí)行回調(diào)方法。

3.4 設(shè)計要點

3.4.1 基本概念

• JOB：需要異步處理的任務(wù)，是延遲隊列里的基本單元
• Topic：一組相同類型Job的集合（隊列）。供消費者來訂閱

3.4.2 消息結(jié)構(gòu)

每個JOB必須包含以下幾個屬性

• jobId：Job的唯一標(biāo)識。用來檢索和刪除指定的Job信息
• topic：Job類型?？梢岳斫獬删唧w的業(yè)務(wù)名稱
• delay：Job需要延遲的時間。單位：秒。（服務(wù)端會將其轉(zhuǎn)換為絕對時間）
• body：Job的內(nèi)容，供消費者做具體的業(yè)務(wù)處理，以json格式存儲
• retry：失敗重試次數(shù)
• url：通知URL

3.5 設(shè)計細(xì)節(jié)

3.5.1 如何快速消費ZING:DELAY_QUEUE:QUEUE

最簡單的實現(xiàn)方式就是使用定時器進(jìn)行秒級掃描，為了保證消息執(zhí)行的時效性，可以設(shè)置每1S請求Redis一次，判斷隊列中是否有待消費的JOB。但是這樣會存在一個問題，如果queue中一直沒有可消費的JOB，那頻繁的掃描就失去了意義，也浪費了資源，幸好LIST中有一個BLPOP阻塞原語，如果list中有數(shù)據(jù)就會立馬返回,如果沒有數(shù)據(jù)就會一直阻塞在那里，直到有數(shù)據(jù)返回,可以設(shè)置阻塞的超時時間,超時會返回NULL;具體的實現(xiàn)方式及策略會在代碼中進(jìn)行具體的實現(xiàn)介紹

3.5.2 避免定時導(dǎo)致的消息重復(fù)搬運(yùn)及消費

• 使用Redis的分布式鎖來控制消息的搬運(yùn)，從而避免消息被重復(fù)搬運(yùn)導(dǎo)致的問題
• 使用分布式鎖來保證定時器的執(zhí)行頻率

4. 核心代碼實現(xiàn)

4.1 技術(shù)說明

技術(shù)棧：SpringBoot，Redisson，Redis，分布式鎖，定時器

注意：本項目沒有實現(xiàn)設(shè)計方案中的多Queue消費，只開啟了一個QUEUE，這個待以后優(yōu)化

4.2 核心實體

4.2.1 Job新增對象

/**  * 消息結(jié)構(gòu)  *  * @author 睜眼看世界  * @date 2020年1月15日  */ @Data public class Job implements Serializable {      private static final long serialVersionUID = 1L;      /**      * Job的唯一標(biāo)識。用來檢索和刪除指定的Job信息      */     @NotBlank     private String jobId;       /**      * Job類型。可以理解成具體的業(yè)務(wù)名稱      */     @NotBlank     private String topic;      /**      * Job需要延遲的時間。單位：秒。（服務(wù)端會將其轉(zhuǎn)換為絕對時間）      */     private Long delay;      /**      * Job的內(nèi)容，供消費者做具體的業(yè)務(wù)處理，以json格式存儲      */     @NotBlank     private String body;      /**      * 失敗重試次數(shù)      */     private int retry = 0;      /**      * 通知URL      */     @NotBlank     private String url; }

4.2.2 Job刪除對象

/**  * 消息結(jié)構(gòu)  *  * @author 睜眼看世界  * @date 2020年1月15日  */ @Data public class JobDie implements Serializable {      private static final long serialVersionUID = 1L;      /**      * Job的唯一標(biāo)識。用來檢索和刪除指定的Job信息      */     @NotBlank     private String jobId;       /**      * Job類型?？梢岳斫獬删唧w的業(yè)務(wù)名稱      */     @NotBlank     private String topic; }

4.3 搬運(yùn)線程

/**  * 搬運(yùn)線程  *  * @author 睜眼看世界  * @date 2020年1月17日  */ @Slf4j @Component public class CarryJobScheduled {      @Autowired     private RedissonClient redissonClient;      /**      * 啟動定時開啟搬運(yùn)JOB信息      */     @Scheduled(cron = "*/1 * * * * *")     public void carryJobToQueue() {         System.out.println("carryJobToQueue --->");         RLock lock = redissonClient.getLock(RedisQueueKey.CARRY_THREAD_LOCK);         try {             boolean lockFlag = lock.tryLock(LOCK_WAIT_TIME, LOCK_RELEASE_TIME, TimeUnit.SECONDS);             if (!lockFlag) {                 throw new BusinessException(ErrorMessageEnum.ACQUIRE_LOCK_FAIL);             }             RScoredSortedSet<Object> bucketSet = redissonClient.getScoredSortedSet(RD_ZSET_BUCKET_PRE);             long now = System.currentTimeMillis();             Collection<Object> jobCollection = bucketSet.valueRange(0, false, now, true);             List<String> jobList = jobCollection.stream().map(String::valueOf).collect(Collectors.toList());             RList<String> readyQueue = redissonClient.getList(RD_LIST_TOPIC_PRE);             readyQueue.addAll(jobList);             bucketSet.removeAllAsync(jobList);         } catch (InterruptedException e) {             log.error("carryJobToQueue error", e);         } finally {             if (lock != null) {                 lock.unlock();             }         }     } }

4.4 消費線程

@Slf4j @Component public class ReadyQueueContext {      @Autowired     private RedissonClient redissonClient;      @Autowired     private ConsumerService consumerService;      /**      * TOPIC消費線程      */     @PostConstruct     public void startTopicConsumer() {         TaskManager.doTask(this::runTopicThreads, "開啟TOPIC消費線程");     }      /**      * 開啟TOPIC消費線程      * 將所有可能出現(xiàn)的異常全部catch住，確保While(true)能夠不中斷      */     @SuppressWarnings("InfiniteLoopStatement")     private void runTopicThreads() {         while (true) {             RLock lock = null;             try {                 lock = redissonClient.getLock(CONSUMER_TOPIC_LOCK);             } catch (Exception e) {                 log.error("runTopicThreads getLock error", e);             }             try {                 if (lock == null) {                     continue;                 }                 // 分布式鎖時間比Blpop阻塞時間多1S，避免出現(xiàn)釋放鎖的時候，鎖已經(jīng)超時釋放，unlock報錯                 boolean lockFlag = lock.tryLock(LOCK_WAIT_TIME, LOCK_RELEASE_TIME, TimeUnit.SECONDS);                 if (!lockFlag) {                     continue;                 }                  // 1. 獲取ReadyQueue中待消費的數(shù)據(jù)                 RBlockingQueue<String> queue = redissonClient.getBlockingQueue(RD_LIST_TOPIC_PRE);                 String topicId = queue.poll(60, TimeUnit.SECONDS);                 if (StringUtils.isEmpty(topicId)) {                     continue;                 }                  // 2. 獲取job元信息內(nèi)容                 RMap<String, Job> jobPoolMap = redissonClient.getMap(JOB_POOL_KEY);                 Job job = jobPoolMap.get(topicId);                  // 3. 消費                 FutureTask<Boolean> taskResult = TaskManager.doFutureTask(() -> consumerService.consumerMessage(job.getUrl(), job.getBody()), job.getTopic() + "-->消費JobId-->" + job.getJobId());                 if (taskResult.get()) {                     // 3.1 消費成功，刪除JobPool和DelayBucket的job信息                     jobPoolMap.remove(topicId);                 } else {                     int retrySum = job.getRetry() + 1;                     // 3.2 消費失敗，則根據(jù)策略重新加入Bucket                      // 如果重試次數(shù)大于5，則將jobPool中的數(shù)據(jù)刪除，持久化到DB                     if (retrySum > RetryStrategyEnum.RETRY_FIVE.getRetry()) {                         jobPoolMap.remove(topicId);                         continue;                     }                     job.setRetry(retrySum);                     long nextTime = job.getDelay() + RetryStrategyEnum.getDelayTime(job.getRetry()) * 1000;                     log.info("next retryTime is [{}]", DateUtil.long2Str(nextTime));                     RScoredSortedSet<Object> delayBucket = redissonClient.getScoredSortedSet(RedisQueueKey.RD_ZSET_BUCKET_PRE);                     delayBucket.add(nextTime, topicId);                     // 3.3 更新元信息失敗次數(shù)                     jobPoolMap.put(topicId, job);                 }             } catch (Exception e) {                 log.error("runTopicThreads error", e);             } finally {                 if (lock != null) {                     try {                         lock.unlock();                     } catch (Exception e) {                         log.error("runTopicThreads unlock error", e);                     }                 }             }         }     } }

4.5 添加及刪除JOB

/**  * 提供給外部服務(wù)的操作接口  *  * @author why  * @date 2020年1月15日  */ @Slf4j @Service public class RedisDelayQueueServiceImpl implements RedisDelayQueueService {      @Autowired     private RedissonClient redissonClient;       /**      * 添加job元信息      *      * @param job 元信息      */     @Override     public void addJob(Job job) {          RLock lock = redissonClient.getLock(ADD_JOB_LOCK + job.getJobId());         try {             boolean lockFlag = lock.tryLock(LOCK_WAIT_TIME, LOCK_RELEASE_TIME, TimeUnit.SECONDS);             if (!lockFlag) {                 throw new BusinessException(ErrorMessageEnum.ACQUIRE_LOCK_FAIL);             }             String topicId = RedisQueueKey.getTopicId(job.getTopic(), job.getJobId());              // 1. 將job添加到 JobPool中             RMap<String, Job> jobPool = redissonClient.getMap(RedisQueueKey.JOB_POOL_KEY);             if (jobPool.get(topicId) != null) {                 throw new BusinessException(ErrorMessageEnum.JOB_ALREADY_EXIST);             }              jobPool.put(topicId, job);              // 2. 將job添加到 DelayBucket中             RScoredSortedSet<Object> delayBucket = redissonClient.getScoredSortedSet(RedisQueueKey.RD_ZSET_BUCKET_PRE);             delayBucket.add(job.getDelay(), topicId);         } catch (InterruptedException e) {             log.error("addJob error", e);         } finally {             if (lock != null) {                 lock.unlock();             }         }     }       /**      * 刪除job信息      *      * @param job 元信息      */     @Override     public void deleteJob(JobDie jobDie) {          RLock lock = redissonClient.getLock(DELETE_JOB_LOCK + jobDie.getJobId());         try {             boolean lockFlag = lock.tryLock(LOCK_WAIT_TIME, LOCK_RELEASE_TIME, TimeUnit.SECONDS);             if (!lockFlag) {                 throw new BusinessException(ErrorMessageEnum.ACQUIRE_LOCK_FAIL);             }             String topicId = RedisQueueKey.getTopicId(jobDie.getTopic(), jobDie.getJobId());              RMap<String, Job> jobPool = redissonClient.getMap(RedisQueueKey.JOB_POOL_KEY);             jobPool.remove(topicId);              RScoredSortedSet<Object> delayBucket = redissonClient.getScoredSortedSet(RedisQueueKey.RD_ZSET_BUCKET_PRE);             delayBucket.remove(topicId);         } catch (InterruptedException e) {             log.error("addJob error", e);         } finally {             if (lock != null) {                 lock.unlock();             }         }     } }

5. 待優(yōu)化的內(nèi)容

1. 目前只有一個Queue隊列存放消息，當(dāng)需要消費的消息大量堆積后，會影響消息通知的時效。改進(jìn)的辦法是，開啟多個Queue，進(jìn)行消息路由，再開啟多個消費線程進(jìn)行消費，提供吞吐量
2. 消息沒有進(jìn)行持久化，存在風(fēng)險，后續(xù)會將消息持久化到MangoDB中

6. 源碼