Spring Boot 整合——Redis延时队列的简单实现(基于有赞的设计)_有赞延迟任务

设计

之前学习Redis的时候发现有赞团队之前分享过一篇关于延时队列的设计：有赞延时队列 现在就尝试实现一下

业务流程

首先我们分析下这个流程

1. 用户提交任务。首先将任务推送至延迟队列中。
2. 延迟队列接收到任务后，首先将任务推送至job pool中，然后计算其执行时间。
3. 然后生成延迟任务（仅仅包含任务id）放入某个桶中
4. 时间组件时刻轮询各个桶，当时间到达的时候从job pool中获得任务元信息。
5. 监测任务的合法性如果已经删除则pass。继续轮询。如果任务合法则再次计算时间
6. 如果合法则计算时间，如果时间合法：根据topic将任务放入对应的ready queue，然后从bucket中移除。如果时间不合法，则重新计算时间再次放入bucket，并移除之前的bucket中的内容
7. 消费端轮询对应topic的ready queue。获取job后做自己的业务逻辑。与此同时，服务端将已经被消费端获取的job按照其设定的TTR，重新计算执行时间，并将其放入bucket。
8. 完成消费后，发送finish消息，服务端根据job id删除对应信息。

对象

我们现在可以了解到中间存在的几个组件

1. 延迟队列，为Redis延迟队列。实现消息传递
2. Job pool 任务池保存job元信息。根据文章描述使用K/V的数据结构，key为ID，value为job
3. Delay Bucket 用来保存业务的延迟任务。文章中描述使用轮询方式放入某一个Bucket可以知道其并没有使用topic来区分，个人这里默认使用顺序插入
4. Timer 时间组件，负责扫描各个Bucket。根据文章描述存在多个Timer，但是同一个Timer同一时间只能扫描一个Bucket
5. Ready Queue 负责存放需要被完成的任务，但是根据描述根据Topic的不同存在多个Ready Queue。

其中Timer负责轮询，Job pool、Delay Bucket、Ready Queue都是不同职责的集合。

任务状态

• ready：可执行状态，
• delay：不可执行状态，等待时钟周期。
• reserved：已被消费者读取，但没有完成消费。
• deleted：已被消费完成或者已被删除。

对外提供的接口

额外的内容

1. 首先根据状态状态描述，finish和delete操作都是将任务设置成deleted状态。
2. 根据文章描述的操作，在执行finish或者delete的操作的时候任务已经从元数据中移除，此时deleted状态可能只存在极短时间，所以实际实现中就直接删除了。
3. 文章中并没有说明响应超时后如何处理，所以个人现在将其重新投入了待处理队列。
4. 文章中因为使用了集群，所以使用redis的setnx锁来保证多个时间循环处理多个桶的时候不会出现重复循环。这里因为是简单的实现，所以就很简单的每个桶设置一个时间队列处理。也是为了方便简单处理。关于分布式锁可以看我之前的文章里面有描述。

实现

现在我们根据设计内容完成设计。这一块设计我们分四步完成

任务及相关对象

目前需要两个对象，一个是任务对象（job）一个负责保存任务引用的对象（delay job）

任务对象

@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class Job implements Serializable {

    /**
     * 延迟任务的唯一标识，用于检索任务
     */
    @JsonSerialize(using = ToStringSerializer.class)
    private Long id;

    /**
     * 任务类型（具体业务类型）
     */
    private String topic;

    /**
     * 任务的延迟时间
     */
    private long delayTime;

    /**
     * 任务的执行超时时间
     */
    private long ttrTime;

    /**
     * 任务具体的消息内容，用于处理具体业务逻辑用
     */
    private String message;

    /**
     * 重试次数
     */
    private int retryCount;
    /**
     * 任务状态
     */
    private JobStatus status;
}

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任务引用对象

@Data
@AllArgsConstructor
public class DelayJob implements Serializable {


    /**
     * 延迟任务的唯一标识
     */
    private long jodId;
    
    /**
     * 任务的执行时间
     */
    private long delayDate;

    /**
     * 任务类型（具体业务类型）
     */
    private String topic;


    public DelayJob(Job job) {
        this.jodId = job.getId();
        this.delayDate = System.currentTimeMillis() + job.getDelayTime();
        this.topic = job.getTopic();
    }

    public DelayJob(Object value, Double score) {
        this.jodId = Long.parseLong(String.valueOf(value));
        this.delayDate = System.currentTimeMillis() + score.longValue();
    }
}
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容器

目前我们需要完成三个容器的创建，Job任务池、延迟任务容器、待完成任务容器

job任务池，为普通的K/V结构，提供基础的操作

@Component
@Slf4j
public class JobPool {
    
    @Autowired
    private RedisTemplate redisTemplate;

    private String NAME = "job.pool";
    
    private BoundHashOperations getPool () {
        BoundHashOperations ops = redisTemplate.boundHashOps(NAME);
        return ops;
    }

    /**
     * 添加任务
     * @param job
     */
    public void addJob (Job job) {
        log.info("任务池添加任务：{}", JSON.toJSONString(job));
        getPool().put(job.getId(),job);
        return ;
    }

    /**
     * 获得任务
     * @param jobId
     * @return
     */
    public Job getJob(Long jobId) {
        Object o = getPool().get(jobId);
        if (o instanceof Job) {
            return (Job) o;
        }
        return null;
    }

    /**
     * 移除任务
     * @param jobId
     */
    public void removeDelayJob (Long jobId) {
        log.info("任务池移除任务：{}",jobId);
        // 移除任务
        getPool().delete(jobId);
    }
}
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延迟任务，使用可排序的ZSet保存数据，提供取出最小值等操作

@Slf4j
@Component
public class DelayBucket {

    @Autowired
    private RedisTemplate redisTemplate;

    private static AtomicInteger index = new AtomicInteger(0);

    @Value("${thread.size}")
    private int bucketsSize;

    private List <String> bucketNames = new ArrayList <>();

    @Bean
    public List <String> createBuckets() {
        for (int i = 0; i < bucketsSize; i++) {
            bucketNames.add("bucket" + i);
        }
        return bucketNames;
    }

    /**
     * 获得桶的名称
     * @return
     */
    private String getThisBucketName() {
        int thisIndex = index.addAndGet(1);
        int i1 = thisIndex % bucketsSize;
        return bucketNames.get(i1);
    }

    /**
     * 获得桶集合
     * @param bucketName
     * @return
     */
    private BoundZSetOperations getBucket(String bucketName) {
        return redisTemplate.boundZSetOps(bucketName);
    }

    /**
     * 放入延时任务
     * @param job
     */
    public void addDelayJob(DelayJob job) {
        log.info("添加延迟任务:{}", JSON.toJSONString(job));
        String thisBucketName = getThisBucketName();
        BoundZSetOperations bucket = getBucket(thisBucketName);
        bucket.add(job,job.getDelayDate());
    }

    /**
     * 获得最新的延期任务
     * @return
     */
    public DelayJob getFirstDelayTime(Integer index) {
        String name = bucketNames.get(index);
        BoundZSetOperations bucket = getBucket(name);
        Set<ZSetOperations.TypedTuple> set = bucket.rangeWithScores(0, 1);
        if (CollectionUtils.isEmpty(set)) {
            return null;
        }
        ZSetOperations.TypedTuple typedTuple = (ZSetOperations.TypedTuple) set.toArray()[0];
        Object value = typedTuple.getValue();
        if (value instanceof DelayJob) {
            return (DelayJob) value;
        }
        return null;
    }

    /**
     * 移除延时任务
     * @param index
     * @param delayJob
     */
    public void removeDelayTime(Integer index,DelayJob delayJob) {
        String name = bucketNames.get(index);
        BoundZSetOperations bucket = getBucket(name);
        bucket.remove(delayJob);
    }

}
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待完成任务，内部使用topic进行细分，每个topic对应一个list集合

@Component
@Slf4j
public class ReadyQueue {

    @Autowired
    private RedisTemplate redisTemplate;

    private String NAME = "process.queue";

    private String getKey(String topic) {
        return NAME + topic;
    }

    /**
     * 获得队列
     * @param topic
     * @return
     */
    private BoundListOperations getQueue (String topic) {
        BoundListOperations ops = redisTemplate.boundListOps(getKey(topic));
        return ops;
    }

    /**
     * 设置任务
     * @param delayJob
     */
    public void pushJob(DelayJob delayJob) {
        log.info("执行队列添加任务:{}",delayJob);
        BoundListOperations listOperations = getQueue(delayJob.getTopic());
        listOperations.leftPush(delayJob);
    }

    /**
     * 移除并获得任务
     * @param topic
     * @return
     */
    public DelayJob popJob(String topic) {
        BoundListOperations listOperations = getQueue(topic);
        Object o = listOperations.leftPop();
        if (o instanceof DelayJob) {
            log.info("执行队列取出任务:{}", JSON.toJSONString((DelayJob) o));
            return (DelayJob) o;
        }
        return null;
    }
    
}

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轮询处理

设置了线程池为每个bucket设置一个轮询操作

@Component
public class DelayTimer implements ApplicationListener <ContextRefreshedEvent> {

    @Autowired
    private DelayBucket delayBucket;
    @Autowired
    private JobPool     jobPool;
    @Autowired
    private ReadyQueue  readyQueue;
    
    @Value("${thread.size}")
    private int length;
    
    @Override 
    public void onApplicationEvent(ContextRefreshedEvent contextRefreshedEvent) {
        ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(
                length, 
                length,
                0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                new LinkedBlockingQueue <Runnable>());

        for (int i = 0; i < length; i++) {
            executorService.execute(
                    new DelayJobHandler(
                            delayBucket,
                            jobPool,
                            readyQueue,
                            i));
        }
        
    }
}

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测试请求

/**
 * 测试用请求
 * @author daify
 * @date 2019-07-29 10:26
 **/
@RestController
@RequestMapping("delay")
public class DelayController {
    
    @Autowired
    private JobService jobService;
    /**
     * 添加
     * @param request
     * @return
     */
    @RequestMapping(value = "add",method = RequestMethod.POST)
    public String addDefJob(Job request) {
        DelayJob delayJob = jobService.addDefJob(request);
        return JSON.toJSONString(delayJob);
    }

    /**
     * 获取
     * @return
     */
    @RequestMapping(value = "pop",method = RequestMethod.GET)
    public String getProcessJob(String topic) {
        Job process = jobService.getProcessJob(topic);
        return JSON.toJSONString(process);
    }

    /**
     * 完成一个执行的任务
     * @param jobId
     * @return
     */
    @RequestMapping(value = "finish",method = RequestMethod.DELETE)
    public String finishJob(Long jobId) {
        jobService.finishJob(jobId);
        return "success";
    }

    @RequestMapping(value = "delete",method = RequestMethod.DELETE)
    public String deleteJob(Long jobId) {
        jobService.deleteJob(jobId);
        return "success";
    }
    
}


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测试

添加延迟任务

通过postman请求：localhost:8000/delay/add

此时这条延时任务被添加进了线程池中

2019-08-12 21:21:36.589  INFO 21444 --- [nio-8000-exec-6] d.samples.redis.delay.container.JobPool  : 任务池添加任务：{"delayTime":10000,"id":3,"message":"tag:testid:3","retryCount":0,"status":"DELAY","topic":"test","ttrTime":10000}
2019-08-12 21:21:36.609  INFO 21444 --- [nio-8000-exec-6] d.s.redis.delay.container.DelayBucket    : 添加延迟任务:{"delayDate":1565616106609,"jodId":3,"topic":"test"}
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根据设置10秒钟之后任务会被添加至ReadyQueue中

2019-08-12 21:21:46.744  INFO 21444 --- [pool-1-thread-4] d.s.redis.delay.container.ReadyQueue     : 执行队列添加任务:DelayJob(jodId=3, delayDate=1565616106609, topic=test)
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获得任务

这时候我们请求localhost:8000/delay/pop

这个时候任务被响应，修改状态的同时设置其超时时间，然后放置在DelayBucket中

2019-08-09 19:36:02.342  INFO 58456 --- [nio-8000-exec-3] d.s.redis.delay.container.ReadyQueue     : 执行队列取出任务:{"delayDate":1565321728704,"jodId":1,"topic":"测试"}
2019-08-09 19:36:02.364  INFO 58456 --- [nio-8000-exec-3] d.samples.redis.delay.container.JobPool  : 任务池添加任务：{"delayTime":10000,"id":1,"message":"延迟10秒，超时30秒","retryCount":0,"status":"RESERVED","topic":"测试","ttrTime":30000}
2019-08-09 19:36:02.384  INFO 58456 --- [nio-8000-exec-3] d.s.redis.delay.container.DelayBucket    : 添加延迟任务:{"delayDate":1565321792364,"jodId":1,"topic":"测试"}
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按照设计在30秒后，任务假如没有被消费将会重新放置在ReadyQueue中

2019-08-12 21:21:48.239  INFO 21444 --- [nio-8000-exec-7] d.s.redis.delay.container.ReadyQueue     : 执行队列取出任务:{"delayDate":1565616106609,"jodId":3,"topic":"test"}
2019-08-12 21:21:48.261  INFO 21444 --- [nio-8000-exec-7] d.samples.redis.delay.container.JobPool  : 任务池添加任务：{"delayTime":10000,"id":3,"message":"tag:testid:3","retryCount":0,"status":"RESERVED","topic":"test","ttrTime":10000}
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任务的删除/消费

现在我们请求：localhost:8000/delay/delete

此时在Job pool中此任务将会被移除，此时元数据已经不存在，但任务还在DelayBucket中循环，然而在循环中当检测到元数据已经不存的话此延时任务会被移除。

2019-08-12 21:21:54.880  INFO 21444 --- [nio-8000-exec-8] d.samples.redis.delay.container.JobPool  : 任务池移除任务：3
2019-08-12 21:21:59.104  INFO 21444 --- [pool-1-thread-5] d.s.redis.delay.handler.DelayJobHandler  : 移除不存在任务:{"delayDate":1565616118261,"jodId":3,"topic":"test"}
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本篇文章涉及的源码下载地址：https://gitee.com/daifyutils/springboot-samples