使用RabbitMQ实现延迟任务

1.问题提出

场景一：对指定url进行post回调，会按照间隔1，2，4，8，16，32...2N的方式进行回调

场景二：订单下单之后30分钟后，如果用户没有付钱，则系统自动取消订单。

上述类似的需求是我们经常会遇见的问题。最常用的方法是定期轮训数据库，设置状态。在数据量小的时候并没有什么大的问题，但是数据量一大轮训数据库的方式就会变得特别耗资源。当面对千万级、上亿级数据量时，本身写入的IO就比较高，导致长时间查询或者根本就查不出来，更别说分库分表以后了。除此之外，还有优先级队列，基于优先级队列的JDK延迟队列，时间轮等方式。但如果系统的架构中本身就有RabbitMQ的话，那么选择RabbitMQ来实现类似的功能也是一种选择。

使用RabbitMQ来实现延迟任务必须先了解RabbitMQ的两个概念：消息的TTL和死信Exchange，通过这两者的组合来实现上述需求。

2.TTL（Time To Live）

RabbitMQ可以针对队列设置x-expires 或者 针对消息设置 x-message-ttl，来控制消息的生存时间，如果超时(两者同时设置以最先到期的时间为准)，则消息变为dead letter(死信)
RabbitMQ针对队列中的消息过期时间有两种方法可以设置。

• 通过队列属性设置，队列中所有消息都有相同的过期时间。
• 对消息进行单独设置，每条消息TTL可以不同。

如果同时使用，则消息的过期时间以两者之间TTL较小的那个数值为准。消息在队列的生存时间一旦超过设置的TTL值，就成为dead letter，消费者将无法再收到该消息。

可以通过设置消息的expiration字段或者x-message-ttl属性来设置时间，两者是一样的效果。只是expiration字段是字符串参数，所以要写个int类型的字符串：

byte[] messageBodyBytes = "Hello, world!".getBytes();
AMQP.BasicProperties properties = new AMQP.BasicProperties();
properties.setExpiration("60000");
channel.basicPublish("my-exchange", "routing-key", properties, messageBodyBytes);

当上面的消息扔到队列中后，过了60秒，如果没有被消费，它就死了。不会被消费者消费到。这个消息后面的，没有“死掉”的消息对顶上来，被消费者消费。死信在队列中并不会被删除和释放，它会被统计到队列的消息数中去。单靠死信还不能实现延迟任务，还要靠Dead Letter Exchange。

3.Dead Letter Exchanges

• RabbitMQ的Queue可以配置x-dead-letter-exchange 和x-dead-letter-routing-key（可选）两个参数，如果队列内出现了dead letter，则按照这两个参数重新路由转发到指定的队列。记住这里是路由而不是队列，一个路由可以对应很多队列，简称死信路由。

  • x-dead-letter-exchange：出现dead letter之后将dead letter重新发送到指定exchange
  • x-dead-letter-routing-key：出现dead letter之后将dead letter重新按照指定的routing-key发送

• 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，排在前面的消息会被丢弃或者扔到死信路由上。
  • 消息被消费端拒绝（basic.reject or basic.nack）并且requeue=false

综合上述两个特性，设置了TTL规则之后当消息在一个队列中变成死信时，利用DLX特性它能被重新转发到另一个Exchange或者Routing Key，这时候消息就可以重新被消费了。

Dead Letter Exchange其实就是一种普通的exchange，和创建其他exchange没有两样。只是在某一个设置Dead Letter Exchange的队列中有消息过期了，会自动触发消息的转发，发送到Dead Letter Exchange中去。

4.实现延迟队列

延迟任务通过消息的TTL和Dead Letter Exchange来实现。我们需要建立2个队列，一个用于发送消息，一个用于消息过期后的转发目标队列。

image.png

生产者输出消息到Queue1，并且这个消息是设置有有效时间的，比如60s。消息会在Queue1中等待60s，如果没有消费者收掉的话，它就是被转发到Queue2，Queue2有消费者，收到，处理延迟任务。

具体实现步骤如下：

首先需要创建2个队列Queue1和Queue2这里分别为queue.delay，queue.hello

我们采用程序创建队列的方式来进行。

队列的一些常量声明

public class Constant {
  public final static String queueName = "queue.hello";
 public final static String exchangeName =  "exchange.hello";
 public final  static String routingKey ="routing.hello";     
public final static String delayQueueName = "queue.delay";
 public final static String delayExchangeName =  "exchange.delay";
 public final static String delayRoutingKey = "routing.delay"; }</pre>

消费者程序

public class DeadQueueConsumer {

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        ConnectionFactory factory = new ConnectionFactory();
  factory.setHost("localhost");
  factory.setUsername("guest");
  factory.setPassword("guest");   
 Connection connection = factory.newConnection();
  Channel channel = connection.createChannel();
  channel.queueDeclare(Constant.queueName, true, false, false, null);    //指定消费队列
 //创建队列消费者  QueueingConsumer consumer = new QueueingConsumer(channel);
  //指定消费队列
  channel.basicConsume(Constant.queueName, true, consumer);
  System.out.println("消费程序已经启动");
  SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
 while (true) {
            //nextDelivery是一个阻塞方法（内部实现其实是阻塞队列的take方法）
  QueueingConsumer.Delivery delivery = consumer.nextDelivery();
 try {
                String msg = new String(delivery.getBody());
  System.out.println("设置时间=" + msg + "   执行时间=" + simpleDateFormat.format(new Date()));
  } catch (Exception e) {
                System.out.println("translation" + e.getMessage());
  e.printStackTrace();
  }
        }
    }
}

在消费者的程序中声明正常消费队列queue.hello

然后是生产者程序：

package com.yangyang.rabbitmq.deadqueue; 
 import com.rabbitmq.client.AMQP; 
import com.rabbitmq.client.Channel; 
import com.rabbitmq.client.Connection;
import com.rabbitmq.client.ConnectionFactory;  
 import java.text.SimpleDateFormat;
 import java.util.Date;
 import java.util.HashMap;  
 public class DeadQueueProducer {

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        //创建连接连接到MabbitMQ
  ConnectionFactory factory = new ConnectionFactory();
  //设置MabbitMQ所在主机ip或者主机名
  factory.setHost("localhost");
  factory.setUsername("guest");
  factory.setPassword("guest");    //创建一个连接
  Connection connection =factory.newConnection();
  //创建一个频道
  Channel channel = connection.createChannel();    //指定一个队列
  channel.exchangeDeclare(Constant.exchangeName,"direct");
  channel.queueDeclare(Constant.queueName, true, false, false, null);
  channel.queueBind(Constant.queueName, Constant.exchangeName, Constant.routingKey);    //创建delay queue

  HashMap<String, Object> arguments = new HashMap<String, Object>();
  arguments.put("x-dead-letter-exchange", Constant.exchangeName);
  arguments.put("x-dead-letter-routing-key", Constant.routingKey);    
   channel.exchangeDeclare(Constant.delayExchangeName,"direct");
  channel.queueDeclare(Constant.delayQueueName, true, false, false, arguments);
  channel.queueBind(Constant.delayQueueName,Constant.delayExchangeName,Constant.delayRoutingKey);      // 设置延时属性
 // 持久性 non-persistent (1) or persistent (2)  AMQP.BasicProperties.Builder builder = new AMQP.BasicProperties.Builder();
  AMQP.BasicProperties properties = builder.expiration("5000").build();//设置消息的过期时间为5秒   //发送的消息  SimpleDateFormat dateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
  String message = "hello world!" + dateFormat.format(new Date());
  //往队列中发出一条消息     这时候要发送的队列不应该是QUEUE_NAME，这样才能进行转发的
  channel.basicPublish(Constant.delayExchangeName, Constant.delayRoutingKey, properties, message.getBytes());
  System.out.println("sent message: " + message + ",date:" + dateFormat.format(new Date()));    // 关闭频道和连接
  channel.close();
  connection.close();
  }
}

在消费者程序中，先声明一个普通的对列queue.hello以及对应的exchange为exchange.hello,指定routingKey为routing.hello
接着创建一个延时队列queue.delay以及对应的exchange为exchange.delay,指定routingKey为routing.delay
在这个队列里面实现消息的过期转发。
同时为延时队列queue.delay设置了x-dead-letter-exchange，x-dead-letter-routing-key，设置这两个属性就是当消息在这个队列中expire后，采用哪个路由发送到哪个队列。
如下如，queue.delay的绑定关系如下：

image.png

queue.hello的绑定关系如下：

image.png

示例代码中通过下面的方式设置了消息的过期时间。

 AMQP.BasicProperties.Builder builder = new AMQP.BasicProperties.Builder();
  AMQP.BasicProperties properties = builder.expiration("5000").build();//设置消息的过期时间为5秒 

为消息设置了5s的生命周期，也就是说5s后消息过期后将会通过routing.hello转发到队列queue.hello中。

先运行消费者，然后启动生产者，观察结果如下

生产者的结果：

image.png

消费者的结果:

image.png

所以在考虑使用RabbitMQ来实现延迟任务队列的时候，需要确保业务上每个任务的延迟时间是一致的。如果遇到不同的任务类型需要不同的延时的话，需要为每一种不同延迟时间的消息建立单独的消息队列。

完整的示例代码：

github：https://github.com/shunyang/learn-demo/tree/master/rabbitmq-demo/src/main/java/com/yangyang/rabbitmq/deadqueue