基于php和redis實現(xiàn)的延遲隊列
來源：藏色散人 發(fā)布時間：2019-01-04 14:51:47 閱讀量：922
基于redis實現(xiàn)高可用，易拓展，接入方便，生產(chǎn)環(huán)境穩(wěn)定運行的延遲隊列。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？
推薦教程：《redis視頻教程》
一、背景
先看看一下業(yè)務(wù)場景：
1.會員過期前3天發(fā)送召回通知
2.訂單支付成功后，5分鐘后檢測下游環(huán)節(jié)是否都正常，比如用戶購買會員后，各種會員狀態(tài)是否都設(shè)置成功
3.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？
4.實現(xiàn)通知失敗，1，3，5，7分鐘重復(fù)通知，直到對方回復(fù)？
通常解決以上問題，最簡單直接的辦法就是定時去掃表。
掃表存在的問題是：
1.掃表與數(shù)據(jù)庫長時間連接，在數(shù)量量大的情況容易出現(xiàn)連接異常中斷，需要更多的異常處理，對程序健壯性要求高
2.在數(shù)據(jù)量大的情況下延時較高，規(guī)定內(nèi)處理不完，影響業(yè)務(wù)，雖然可以啟動多個進程來處理，這樣會帶來額外的維護成本，不能從根本上解決。
3.每個業(yè)務(wù)都要維護一個自己的掃表邏輯。 當業(yè)務(wù)越來越多時，發(fā)現(xiàn)掃表部分的邏輯會重復(fù)開發(fā)，但是非常類似
延時隊列能對于上述需求能很好的解決
二、調(diào)研
調(diào)研了市場上一些開源的方案，以下：
1.有贊科技：只有原理，沒有開源代碼
2.github個人的：https://github.com/ouqiang/delay-queue
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3.SchedulerX-阿里開源的： 功能很強大，但是運維復(fù)雜，依賴組件多，不夠輕量
4.RabbitMQ-延時任務(wù): 本身沒有延時功能，需要借助一特性自己實現(xiàn)，而且公司沒有部署這個隊列，去單獨部署一個這個來做延時隊列成本有點高，而且還需要專門的運維來維護，目前團隊不支持
基本以上原因打算自己寫一個，平常使用php多，項目基本redis的zset結(jié)構(gòu)作為存儲，用php語言實現(xiàn) ，實現(xiàn)原理參考了有贊團隊：https://tech.youzan.com/queuing_delay/
整個延遲隊列主要有4個部分：
1.JobPool用來存放所有Job的元信息。
2.DelayBucket是一組以時間為維度的有序隊列，用來存放所有需要延遲的Job（這里只存放Job Id）。
3.Timer負責(zé)實時掃描各個Bucket，并將delay時間大于等于當前時間的Job放入到對應(yīng)的Ready Queue。
4.ReadyQueue存放處于Ready狀態(tài)的Job（這里只存放JobId），以供消費程序消費。
消息結(jié)構(gòu) 每個Job必須包含一下幾個屬性：
1.topic：Job類型?？梢岳斫獬删唧w的業(yè)務(wù)名稱。
2.id：Job的唯一標識。用來檢索和刪除指定的Job信息。
3.delayTime：jod延遲執(zhí)行的時間，13位時間戳
4.ttr（time-to-run)：Job執(zhí)行超時時間。
5.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。
對于同一類的topic delaytime,ttr一般是固定，job可以在精簡一下屬性
1.topic：Job類型。可以理解成具體的業(yè)務(wù)名稱
2.id：Job的唯一標識。用來檢索和刪除指定的Job信息。
3.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。
delaytime,ttr在topicadmin后臺配置
三、目標
輕量級：有較少的php的拓展就能直接運行，不需要引入網(wǎng)絡(luò)框架，比如swoole，workman之類的
穩(wěn)定性：采用master-work架構(gòu)，master不做業(yè)務(wù)處理，只負責(zé)管理子進程，子進程異常退出時自動拉起
可用性：
1.支持多實例部署，每個實例無狀態(tài)，一個實例掛掉不影響服務(wù)
2.支持配置多個redis，一個redis掛了只影響部分消息
3.業(yè)務(wù)方接入方便，在后臺只需填寫相關(guān)消息類型和回調(diào)接口
拓展性: 當消費進程存在瓶頸時，可以配置加大消費進程數(shù)，當寫入存在瓶頸時，可增加實例數(shù)寫入性能可線性提高
實時性：允許存在一定的時間誤差。
支持消息刪除：業(yè)務(wù)使用方，可以隨時刪除指定消息。
消息傳輸可靠性：消息進入到延遲隊列后，保證至少被消費一次。
寫入性能：qps>1000+
四、架構(gòu)設(shè)計與說明
總體架構(gòu)
采用master-work架構(gòu)模式，主要包括6個模塊：
1.dq-mster: 主進程，負責(zé)管理子進程的創(chuàng)建，銷毀，回收以及信號通知
2.dq-server: 負責(zé)消息寫入，讀取，刪除功能以及維護redis連接池
3.dq-timer-N: 負責(zé)從redis的zset結(jié)構(gòu)中掃描到期的消息，并負責(zé)寫入ready 隊列，個數(shù)可配置，一般2個就行了，因為消息在zset結(jié)構(gòu)是按時間有序的
4.dq-consume-N: 負責(zé)從ready隊列中讀取消息并通知給對應(yīng)回調(diào)接口，個數(shù)可配置
5.dq-redis-checker: 負責(zé)檢查redis的服務(wù)狀態(tài)，如果redis宕機，發(fā)送告警郵件
6.dq-http-server: 提供web后臺界面，用于注冊topic
五、模塊流程圖
消息寫入:
timer查找到期消息:
consumer消費流程:
六、部署
環(huán)境依賴：PHP 5.5+ 安裝sockets，redis，pcntl,pdo_mysql 拓展
ps: 熟悉docker的同學(xué)可以直接用鏡像: shareclz/php7.2.14 里面包含了所需拓展
step1:安裝數(shù)據(jù)庫用于存儲一些topic以及告警信息
執(zhí)行:
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step2:在DqConfg.文件中配置數(shù)據(jù)庫信息： DqConf::$db
step3: 啟動http服務(wù)
在DqConf.php文件中修改php了路徑 $phpBin
命令：
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訪問:http://127.0.0.1:8088,出現(xiàn)配置界面
redis信息格式：host:port:auth 比如 127.0.0.1:6379:12345
step4:配置告信息(比如redis宕機)
step5:注冊topic
重試標記說明:
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step6:啟動服務(wù)進程:
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執(zhí)行 ps -ef | grep dq 看到如下信息說明啟動成功
step7: 寫入數(shù)據(jù)，參考demo.php
step8:查看日志
默認日志目錄在項目目錄的logs目錄下，在DqConf.php修改$logPath
1.請求日志：request_ymd.txt
2.通知日志：notify_ymd.txt
3.錯誤日志：err_ymd.txt
step9:如果配置文件有改動
1.系統(tǒng)會自動檢測配置文件新，如果有改動，會自動退出(沒有找到較好的熱更新的方案)，需要重啟，可以在crontab里面建個任務(wù),1分鐘執(zhí)行一次，程序有check_self的判斷
2.優(yōu)雅退出命令: master檢測偵聽了USR2信號，收到信號后會通知所有子進程，子進程完成當前任務(wù)后會自動退出
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七、性能測試
需要安裝pthreads拓展：
測試原理：使用多線程模擬并發(fā)，在1s內(nèi)能成功返回請求成功的個數(shù)
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八、值得一提的性能優(yōu)化點：
1.redis multi命令：將多個對redis的操作打包成一個減少網(wǎng)絡(luò)開銷
2.計數(shù)的操作異步處理，在異步邏輯里面用函數(shù)的static變量來保存，當寫入redis成功后釋放static變量，可以在redis出現(xiàn)異常時計數(shù)仍能保持一致，除非進程退出
3.內(nèi)存泄露檢測有必要: 所有的內(nèi)存分配在底層都是調(diào)用了brk或者mmap，只要程序只有大量brk或者mmap的系統(tǒng)調(diào)用，內(nèi)存泄露可能性非常高 ,檢測命令:
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4.檢測程序的系統(tǒng)調(diào)用情況：strace -c -p pid ，發(fā)現(xiàn)某個系統(tǒng)函數(shù)調(diào)用是其他的數(shù)倍，可能大概率程序存在問題
推薦參考：《Redis命令操作中文手冊》
九、異常處理
1.如果調(diào)用通知接口在超時時間內(nèi)，沒有收到回復(fù)認為通知失敗，系統(tǒng)會重新把數(shù)據(jù)放入隊列，重新通知，系統(tǒng)默認最大通知10次(可以在Dqconf.php文件中修改$notify_exp_nums)通知間隔為2n+1，比如第一次1分鐘，通知失敗，第二次3分鐘后，直到收到回復(fù)，超出最大通知次數(shù)后系統(tǒng)自動丟棄，同時發(fā)郵件通知
2.線上redis每隔1s持久化一次，存在丟失1s數(shù)據(jù)的情況，出現(xiàn)這種情況可以對比request_ymd.txt和notify_ymd.txt日志手動恢復(fù)過來
3.redis宕機通知:
ps:網(wǎng)絡(luò)抖動在所難免，通知接口如果涉及到核心的服務(wù),一定要保證冪等??！
十、線上情況
線上部署了兩個實例每個機房部一個，4個redis共16G內(nèi)存作存儲，服務(wù)穩(wěn)定運行數(shù)月，各項指標均符合預(yù)期
主要接入業(yè)務(wù):
訂單10分鐘召回通知
調(diào)用接口超時或者失敗時做補償
會員過期前3天召回通知
十一、不足與展望
1.由于團隊使用的鏡像缺少libevent拓展，所以dq-server基于select模型，并發(fā)高的場景下性能存在瓶頸，后續(xù)可以改為基于libevent事件模型，提升并發(fā)性能
2.timer和consumer目前是采用多進程來做的，這個粒度感覺有點粗，可以考慮使用多線程模式，并且支持動態(tài)創(chuàng)建線程數(shù)來提高consumer的性能，最大程度保證消費及時
3.dq-server與redis是同步調(diào)用，這也是性能的瓶頸點，計劃基于swoole_redis來異步處理
[更新]
一、測試網(wǎng)絡(luò)框架切換到swoole和使用異步swoole_redis帶來的性能改變情況 把dqserver的主要邏輯基于swoole重新寫了一遍，測試機(內(nèi)存4G,cpu個數(shù)4)
啟動sever:
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壓測:
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結(jié)果:
1.原生dq-server: qps 2200
2.基于swoole&swoole_redis: qps 5600
寫入性能提升:2.6倍
引入swoole性能提升比較明顯，不過目前暫時不打算把server改為swoole的方式，主要基于以下考慮
1.目前我們線上單個示例的qps3000，部署了兩個，6000ps可以滿足我們大部分場景
2.目前對swoole處于了解的過程
二、新增隊列消費分優(yōu)先級（高，中，低3級），高優(yōu)任務(wù)可以優(yōu)先消費 消費比例在DqConf::$priorityConfig配置，默認按照5：3：2的比例消費
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