应用 2 :缓兵之计 —— 延时队列

我们平时习惯于使用 Rabbitmq 和 Kafka 作为消息队列中间件,来给应用程序之间增加
异步消息传递功能。这两个中间件都是专业的消息队列中间件,特性之多超出了大多数人的理
解能力。
使用过 Rabbitmq 的同学知道它使用起来有多复杂,发消息之前要创建 Exchange,再创
建 Queue,还要将 Queue 和 Exchange 通过某种规则绑定起来,发消息的时候要指定 routing-
key,还要控制头部信息。消费者在消费消息之前也要进行上面一系列的繁琐过程。但是绝大
多数情况下,虽然我们的消息队列只有一组消费者,但还是需要经历上面这些繁琐的过程。
有了 Redis,它就可以让我们解脱出来,对于那些只有一组消费者的消息队列,使用 Redis
就可以非常轻松的搞定。Redis 的消息队列不是专业的消息队列,它没有非常多的高级特性,
没有 ack 保证,如果对消息的可靠性有着极致的追求,那么它就不适合使用。
ACK:
在实际使用RocketMQ的时候我们并不能保证每次发送的消息都刚好能被消费者一次性正常消费成功,可能会存在需要多次消费才能成功或者一直消费失败的情况,那作为发送者该做如何处理呢?
RocketMQ提供了ack机制,以保证消息能够被正常消费。发送者为了保证消息肯定消费成功,只有使用方明确表示消费成功,RocketMQ才会认为消息消费成功。中途断电,抛出异常等都不会认为成功——即都会重新投递。

异步消息队列

Redis 的 list(列表) 数据结构常用来作为异步消息队列使用,使用rpush/lpush操作入队列,
使用 lpop 和 rpop 来出队列。

rpush notify-queue apple banana pear
(integer) 3
llen notify-queue
(integer) 3
lpop notify-queue
"apple"
llen notify-queue
(integer) 2
lpop notify-queue
"banana"
llen notify-queue
(integer) 1
lpop notify-queue
"pear"
llen notify-queue
(integer) 0
lpop notify-queue
(nil)
上面是 rpush 和 lpop 结合使用的例子。还可以使用 lpush 和 rpop 结合使用,效果是一
样的。

队列空了怎么办 ?

客户端是通过队列的 pop 操作来获取消息,然后进行处理。处理完了再接着获取消息,
再进行处理。如此循环往复,这便是作为队列消费者的客户端的生命周期。
可是如果队列空了,客户端就会陷入 pop 的死循环,不停地 pop,没有数据,接着再 pop,
又没有数据。这就是浪费生命的空轮询。空轮询不但拉高了客户端的 CPU,redis 的 QPS 也
会被拉高,如果这样空轮询的客户端有几十来个,Redis 的慢查询可能会显著增多。
通常我们使用 sleep 来解决这个问题,让线程睡一会,睡个 1s 钟就可以了。不但客户端
的 CPU 能降下来,Redis 的 QPS 也降下来了。
time.sleep(1) # python 睡 1s ˈpaɪsθən`
Thread.sleep(1000) # java 睡 1s

队列延迟

用上面睡眠的办法可以解决问题。但是有个小问题,那就是睡眠会导致消息的延迟增大。
如果只有 1 个消费者,那么这个延迟就是 1s。如果有多个消费者,这个延迟会有所下降,因
为每个消费者的睡觉时间是岔开来的。
有没有什么办法能显著降低延迟呢?你当然可以很快想到:那就把睡觉的时间缩短点。这
种方式当然可以,不过有没有更好的解决方案呢?当然也有,那就是 blpop/brpop。
这两个指令的前缀字符 b 代表的是 blocking,也就是阻塞读。
阻塞读在队列没有数据的时候,会立即进入休眠状态,一旦数据到来,则立刻醒过来。消
息的延迟几乎为零。用 blpop/brpop(2.0版本) 替代前面的 lpop/rpop,就完美解决了上面的问题。

空闲连接自动断开

你以为上面的方案真的很完美么?先别急着开心,其实他还有个问题需要解决。
什么问题?—— 空闲连接的问题。
如果线程一直阻塞在哪里,Redis 的客户端连接就成了闲置连接,闲置过久,服务器一般
会主动断开连接,减少闲置资源占用。这个时候 blpop/brpop 会抛出异常来。
所以编写客户端消费者的时候要小心,注意捕获异常,还要重试。

锁冲突处理

关于分布式锁的问题,但是没有提到客户端在处理请求时加锁没加成功怎么办。
一般有 3 种策略来处理加锁失败:

1、直接抛出异常,通知用户稍后重试;
2、sleep 一会再重试;
3、将请求转移至延时队列,过一会再试;

直接抛出特定类型的异常

这种方式比较适合由用户直接发起的请求,用户看到错误对话框后,会先阅读对话框的内
容,再点击重试,这样就可以起到人工延时的效果。如果考虑到用户体验,可以由前端的代码
替代用户自己来进行延时重试控制。它本质上是对当前请求的放弃,由用户决定是否重新发起
新的请求。

sleep

sleep 会阻塞当前的消息处理线程,会导致队列的后续消息处理出现延迟。如果碰撞的比
较频繁或者队列里消息比较多,sleep 可能并不合适。如果因为个别死锁的 key 导致加锁不成
功,线程会彻底堵死,导致后续消息永远得不到及时处理。

延时队列

这种方式比较适合异步消息处理,将当前冲突的请求扔到另一个队列延后处理以避开冲突。

延时队列的实现

延时队列可以通过 Redis 的 zset(有序列表) 来实现。我们将消息序列化成一个字符串作
为 zset 的 value,这个消息的到期处理时间作为 score,然后用多个线程轮询 zset 获取到期
的任务进行处理,处理后从队列删除,多个线程是为了保障可用性,万一挂了一个线程还有其它线程可以继续处
理。因为有多个线程,所以需要考虑并发争抢任务,确保任务不能被多次执行。

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