发送延迟消息_延迟消息的五种实现方案

男娘i 2023-01-07 02:29 567阅读 0赞

生产者把消息发送到消息队列中以后，并不期望被立即消费，而是等待指定时间后才可以被消费者消费，这类消息通常被称为延迟消息。延迟消息的应用场景其实是非常的广泛，比如以下的场景：

· 网上直播授课时，在课程开始前15分钟通知所有学生准备上课。 · 订单提交成功后1个小时内未支付，订单需要及时关闭并且释放对应商品的库存。 · 用户超过15天未登录时，给该用户发送召回推送。 · 工单提交后超过24小时未处理，向相关责任人发送催促处理的提醒。 针对延迟消息，本文向大家分享五种实现方案，下面我们就来逐一讨论各种方案的大致实现和优缺点。 1 Redis 在Redis中，有一种有序集合(Sorted Set)的数据结构，在有序集合中，所有元素是按照其 Score 进行排序的。 我们可以把消息被消费的预期时间戳作为Score，定时任务不断读取Score大于当前时间的元素即可。 基本流程如下： 1. 调用API，传入执行时间、消息体等数据。 2. 生成唯一key，把消息体数据序列化后存入Redis的String结构中。 3. 把key和执行时间的时间戳存入Redis的有序集合结构中，有序集合中不存储具体的消息体数据，而是存储唯一的key。 4. 定时任务不断读取时间戳最小的消息。 5. 如果时间戳小于当前时间，将key放入作为队列的Redis的List结构中。 6. 另外一个定时任务不断从队列中读取需要消费的消息的key。 7. 根据key获取消息体数据，对消息进行消费。 8. 如果消费消息成功，删除key对应的消息体数据。 9. 如果消费消息失败，重新存入key和时间戳(加60秒)。 具体方案如下图： 9d0ac8a5f4e3febc827911765592a03f.png 为了避免一个有序集合中存储过多的延时消息，存入操作以及查询操作速度变慢的问题，可以建立多个有序集合，通过哈希算法把消息路由到不同的有序集合中去。

优点

简单实用，快速落地。

缺点

· 单个有序集合无法支持太大的数据量。 · 定时任务不断读取可能造成不必要的请求。 所以，Redis方案并不是一个十分成熟的方案，只是一个支持小消息量可以快速落地的方案。2 RabbitMQ RabbitMQ本身是不支持延迟消息功能的，一般的做法，是通过 最大生存时间 (Time-To-Live)和 死信交换机 (Dead Letter Exchanges)两个特性模拟出延迟消息的功能。消息超过最大生存时间没有被消费就变成一条死信，便会被重新投递到死信交换机，然后死信交换机根据绑定规则转发到对应的死信队列上，监听该队列就可以让消息被重新消费。 不过，在RabbitMQ的3.5.8版本以后，我们就可以使用官方推荐的 rabbitmq delayed message exchange 插件很方便地实现延迟消息的功能。

安装插件

首先去官方插件列表页面 https://www.rabbitmq.com/community-plugins.html 下载rabbitmq_delayed_message_exchang插件，然后复制到RabbitMQ每个节点的plugins目录中。使用命令启用插件：

  1. rabbitmq-plugins enable rabbitmq_delayed_message_exchange

一旦插件被启用，我们就可以开始使用它了。

使用示例

安装该插件后会生成支持延迟投递机制的Exchange类型： x-delayed-message 。接收到该类型的消息后不会立即将消息投递至目标队列中，而是存储在mnesia表中，检测消息达到可投递时间时再投递到目标队列。 使用延迟消息时，需要先声明一个 x-delayed-message 类型的交换器机：

  1. Map args = new HashMap<>();
  2. args.put("x-delayed-type", "direct");
  3. channel.exchangeDeclare("one-more-exchange", "x-delayed-message", true, false, args);

发送延迟消息，其中在header中添加 x-delay ，表示延迟的毫秒数：

  1. byte[] messageBodyBytes = "This is a delayed message".getBytes();
  2. AMQP.BasicProperties.Builder props = new AMQP.BasicProperties.Builder();
  3. headers = new HashMap();
  4. headers.put("x-delay", 5000);
  5. props.headers(headers);
  6. channel.basicPublish("one-more-exchange", "", props.build(), messageBodyBytes);

优点

大品牌中间件，可靠稳定。

缺点

由于master单节点，导致性能瓶颈，吞吐量受限。3 ActiveMQ ActiveMQ在5.4及以上版本开始支持持久化的延迟消息功能，甚至支持Cron表达式。默认是该功能是不开启的，如果开启需要修改配置文件activemq.xml，在broker节点上把 schedulerSupport 属性设置为true，如：

当服务端开启延迟消息功能以后，客户端就可以利用下面的属性发送延迟消息： · AMQ_SCHEDULED_DELAY：该消息延迟发送的时间，单位为毫秒。 · AMQ_SCHEDULED_PERIOD：每次重新发送该消息的时间间隔，单位为毫秒。 · AMQ_SCHEDULED_REPEAT：重新发送该消息的次数。 · AMQ_SCHEDULED_CRON：使用Cron表达式设置发送该消息的时机。

使用示例

  1. 消息延迟60秒发送：

    MessageProducer producer = session.createProducer(destination);
    TextMessage message = session.createTextMessage(“This is a delayed message”);
    message.setLongProperty(ScheduledMessage.AMQ_SCHEDULED_DELAY, 60 * 1000);
    producer.send(message);

  2. 消息延迟60秒发送，并且重复发送5次，每次间隔10秒：

    MessageProducer producer = session.createProducer(destination);
    TextMessage message = session.createTextMessage(“This is a delayed message”);
    message.setLongProperty(ScheduledMessage.AMQ_SCHEDULED_DELAY, 60 1000);
    message.setLongProperty(ScheduledMessage.AMQ_SCHEDULED_PERIOD, 10     1000);
    message.setIntProperty(ScheduledMessage.AMQ_SCHEDULED_REPEAT, 4);
    producer.send(message);

  3. 利用Cron表达式，每天的凌晨3点发送一次消息：

    MessageProducer producer = session.createProducer(destination);
    TextMessage message = session.createTextMessage(“This is a delayed message”);
    message.setStringProperty(ScheduledMessage.AMQ_SCHEDULED_CRON, “ 0 3 *”);
    producer.send(message);

需要注意的是，Cron表达式是由5位组成的，分别表示分钟(059)、小时(023)、日(131)、月(112)、星期(0~6，表示星期日到星期六)。 4. Cron表达式的优先级高于其他参数，如果在设置了Cron表达式的同时，也设置了其他参数，那么会在每次CRON执行时，再应用其他参数。比如，消息延迟60秒发送，并且重复发送5次，每次间隔10秒，并且每个小时都发送这一系列消息：

  1. MessageProducer producer = session.createProducer(destination);
  2. TextMessage message = session.createTextMessage("test msg");
  3. message.setStringProperty(ScheduledMessage.AMQ_SCHEDULED_CRON, "0 * * * *");
  4. message.setLongProperty(ScheduledMessage.AMQ_SCHEDULED_DELAY, 60 * 1000);
  5. message.setLongProperty(ScheduledMessage.AMQ_SCHEDULED_PERIOD, 10 * 1000);
  6. message.setIntProperty(ScheduledMessage.AMQ_SCHEDULED_REPEAT, 4);
  7. producer.send(message);

优点

大品牌中间件，可靠稳定，甚至支持Cron表达式。

缺点

由于master单节点，导致性能瓶颈，吞吐量受限。4 RocketMQ 在RocketMQ中，支持延迟消息，但是不支持任意时间精度的延迟消息，只支持特定级别的延迟消息。 如果要支持任意时间精度，不能避免在Broker层面做消息排序，再涉及到持久化的考量，那么消息排序就不可避免产生巨大的性能开销。 消息延迟级别分别为 1s 5s 10s 30s 1m 2m 3m 4m 5m 6m 7m 8m 9m 10m 20m 30m 1h 2h ，共18个级别。在发送消息时，设置消息延迟级别即可，设置消息延迟级别时有以下3种情况： 1. 设置消息延迟级别等于0时，则该消息为非延迟消息。 2. 设置消息延迟级别大于等于1并且小于等于18时，消息延迟特定时间，如：设置消息延迟级别等于1，则延迟1s；设置消息延迟级别等于2，则延迟5s，以此类推。 3. 设置消息延迟级别大于18时，则该消息延迟级别为18，如：设置消息延迟级别等于20，则延迟2h。

使用示例

首先，写一个消费者，用于消费延迟消息：

  1. public class Consumer {
  2.      public static void main(String[] args) throws MQClientException {
  4.         SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss.SSS");// 实例化消费者
  5.         DefaultMQPushConsumer consumer = new DefaultMQPushConsumer("OneMoreGroup");// 设置NameServer的地址
  6.         consumer.setNamesrvAddr("localhost:9876");// 订阅一个或者多个Topic，以及Tag来过滤需要消费的消息
  7.         consumer.subscribe("OneMoreTopic", "*");// 注册回调实现类来处理从broker拉取回来的消息
  8.         consumer.registerMessageListener((MessageListenerConcurrently) (msgs, context) -> {
  10.             System.out.printf("%s %s Receive New Messages:%n"
  11.                 , sdf.format(new Date())
  12.                 , Thread.currentThread().getName());for (MessageExt msg : msgs) {
  14.                 System.out.printf("\tMsg Id: %s%n", msg.getMsgId());
  15.                 System.out.printf("\tBody: %s%n", new String(msg.getBody()));
  16.             }// 标记该消息已经被成功消费return ConsumeConcurrentlyStatus.CONSUME_SUCCESS;
  17.         });// 启动消费者实例
  18.         consumer.start();
  19.         System.out.println("Consumer Started.");
  20.     }
  21. }

再写一个延迟消息的生产者，用于发送延迟消息：

  1. public class DelayProducer {
  2.      public static void main(String[] args) throws Exception {
  4.         SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss.SSS");// 实例化消息生产者Producer
  5.         DefaultMQProducer producer = new DefaultMQProducer("OneMoreGroup");// 设置NameServer的地址
  6.         producer.setNamesrvAddr("localhost:9876");// 启动Producer实例
  7.         producer.start();
  8.         Message msg = new Message("OneMoreTopic"
  9.             , "DelayMessage", "This is a delay message.".getBytes());//"1s 5s 10s 30s 1m 2m 3m 4m 5m 6m 7m 8m 9m 10m 20m 30m 1h 2h"//设置消息延迟级别为3，也就是延迟10s。
  10.         msg.setDelayTimeLevel(3);// 发送消息到一个Broker
  11.         SendResult sendResult = producer.send(msg);// 通过sendResult返回消息是否成功送达
  12.         System.out.printf("%s Send Status: %s, Msg Id: %s %n"
  13.             , sdf.format(new Date())
  14.             , sendResult.getSendStatus()
  15.             , sendResult.getMsgId());// 如果不再发送消息，关闭Producer实例。
  16.         producer.shutdown();
  17.     }
  18. }

运行生产者以后，就会发送一条延迟消息：

  1. 10:37:14.992 Send Status: SEND_OK, Msg Id: C0A8006D5AB018B4AAC216E0DB690000

10秒钟后，消费者收到的这条延迟消息：

  1. 10:37:25.026 ConsumeMessageThread_1 Receive New Messages:
  2.     Msg Id: C0A8006D5AB018B4AAC216E0DB690000
  3.     Body: This is a delay message.

优点

分布式、高吞吐量、高性能、高可靠。

缺点

仅支持18个特定级别的延时，无法自定义延时时间。5 定制RocketMQ 上面所说的不支持自定义延时时间的RocketMQ是开源版的，但是在阿里云中商业版的RocketMQ是支持的，可能因为是业务需求不强或商业因素考虑，究竟什么原因不得而知。 有条件的可以直接上阿里云； 没有条件的可以修改开源版RocketMQ的源码，实现自己的需求。 知己知彼，百战不殆，先看看RocketMQ开源版本中，支持18个时间级别是怎么实现的：

原理分析

以下分析的RocketMQ源码的版本号是4.7.1，版本不同源码略有差别。
CommitLog

在 CommitLog 中，针对延迟消息做了一些处理：

  1. // 延迟级别大于0，就是延时消息if (msg.getDelayTimeLevel() > 0) {
  2.      // 判断当前延迟级别，如果大于最大延迟级别，// 就设置当前延迟级别为最大延迟级别。if (msg.getDelayTimeLevel() > this.defaultMessageStore
  3.             .getScheduleMessageService().getMaxDelayLevel()) {
  5.         msg.setDelayTimeLevel(this.defaultMessageStore
  6.             .getScheduleMessageService().getMaxDelayLevel());
  7.     }// 获取延迟消息的主题，// 其中RMQ_SYS_SCHEDULE_TOPIC的值为SCHEDULE_TOPIC_XXXX
  8.     topic = TopicValidator.RMQ_SYS_SCHEDULE_TOPIC;// 根据延迟级别获取延迟消息的队列Id，// 队列Id其实就是延迟级别减1
  9.     queueId = ScheduleMessageService.delayLevel2QueueId(msg.getDelayTimeLevel());// 备份真正的主题和队列Id
  10.     MessageAccessor.putProperty(msg
  11.         , MessageConst.PROPERTY_REAL_TOPIC, msg.getTopic());
  12.     MessageAccessor.putProperty(msg
  13.         , MessageConst.PROPERTY_REAL_QUEUE_ID, String.valueOf(msg.getQueueId()));
  14.     msg.setPropertiesString(MessageDecoder.messageProperties2String(msg.getProperties()));// 设置延时消息的主题和队列Id
  15.     msg.setTopic(topic);
  16.     msg.setQueueId(queueId);
  17. }

可以看到，每一个延迟消息的主题都被暂时更改为 SCHEDULE_TOPIC_XXXX ，并且根据延迟级别延迟消息变更了新的队列Id。接下来，处理延迟消息的就是 ScheduleMessageService 。

ScheduleMessageService

ScheduleMessageService是由 DefaultMessageStore 进行初始化的，初始化包括构造对象和调用 load 方法。最后，再执行ScheduleMessageService的 start 方法：

  1. public void start() {
  2.      // 使用AtomicBoolean确保start方法仅有效执行一次if (started.compareAndSet(false, true)) {
  3.      this.timer = new Timer("ScheduleMessageTimerThread", true);// 遍历所有延迟级别for (Map.Entry entry : this.delayLevelTable.entrySet()) {
  4.      // key为延迟级别
  5.             Integer level = entry.getKey();// value为延迟级别对应的毫秒数
  6.             Long timeDelay = entry.getValue();// 根据延迟级别获得对应队列的偏移量
  7.             Long offset = this.offsetTable.get(level);// 如果偏移量为null，则设置为0if (null == offset) {
  9.                 offset = 0L;
  10.             }if (timeDelay != null) {
  11.      // 为每个延迟级别创建定时任务，// 第一次启动任务延迟为FIRST_DELAY_TIME，也就是1秒this.timer.schedule(new DeliverDelayedMessageTimerTask(level, offset), FIRST_DELAY_TIME);
  12.             }
  13.         }// 延迟10秒后每隔flushDelayOffsetInterval执行一次任务，// 其中，flushDelayOffsetInterval默认配置也为10秒this.timer.scheduleAtFixedRate(new TimerTask() {
  14.      @Overridepublic void run() {
  15.      try {
  16.      // 持久化每个队列消费的偏移量if (started.get()) ScheduleMessageService.this.persist();
  17.                 } catch (Throwable e) {
  19.                     log.error("scheduleAtFixedRate flush exception", e);
  20.                 }
  21.             }
  22.         }, 10000, this.defaultMessageStore
  23.             .getMessageStoreConfig().getFlushDelayOffsetInterval());
  24.     }
  25. }

遍历所有延迟级别，根据延迟级别获得对应队列的偏移量，如果偏移量不存在，则设置为0。然后为每个延迟级别创建定时任务，第一次启动任务延迟为1秒，第二次及以后的启动任务延迟才是延迟级别相应的延迟时间。 然后，又创建了一个定时任务，用于持久化每个队列消费的偏移量。持久化的频率由 flushDelayOffsetInterval 属性进行配置，默认为10秒。

定时任务

ScheduleMessageService的 start方法执行之后，每个延迟级别都创建自己的定时任务，这里的定时任务的具体实现就在 DeliverDelayedMessageTimerTask 类之中，它核心代码是 executeOnTimeup 方法之中，我们来看一下主要部分：

  1. // 根据主题和队列Id获取消息队列
  2. ConsumeQueue cq =
  3.     ScheduleMessageService.this.defaultMessageStore.findConsumeQueue(
  4.         TopicValidator.RMQ_SYS_SCHEDULE_TOPIC
  5.             , delayLevel2QueueId(delayLevel));

如果没有获取到对应的消息队列，则在 DELAY_FOR_A_WHILE (默认为100)毫秒后再执行任务。如果获取到了，就继续执行下面操作：

  1. // 根据消费偏移量从消息队列中获取所有有效消息
  2. SelectMappedBufferResult bufferCQ = cq.getIndexBuffer(this.offset);

如果没有获取到有效消息，则在 DELAY_FOR_A_WHILE (默认为100)毫秒后再执行任务。如果获取到了，就继续执行下面操作：

  1. // 遍历所有消息for (; i < bufferCQ.getSize(); i += ConsumeQueue.CQ_STORE_UNIT_SIZE) {
  2.      // 获取消息的物理偏移量long offsetPy = bufferCQ.getByteBuffer().getLong();// 获取消息的物理长度int sizePy = bufferCQ.getByteBuffer().getInt();long tagsCode = bufferCQ.getByteBuffer().getLong();// 省略部分代码...long now = System.currentTimeMillis();// 计算消息应该被消费的时间long deliverTimestamp = this.correctDeliverTimestamp(now, tagsCode);// 计算下一条消息的偏移量
  3.     nextOffset = offset + (i / ConsumeQueue.CQ_STORE_UNIT_SIZE)long countdown = deliverTimestamp - now;// 省略部分代码...
  4. }

如果当前消息不到消费的时间，则在 countdown 毫秒后再执行任务。如果到消费的时间，就继续执行下面操作：

  1. // 根据消息的物理偏移量和大小获取消息
  2. MessageExt msgExt = ScheduleMessageService.this.defaultMessageStore.lookMessageByOffset(offsetPy, sizePy);

如果获取到消息，则继续执行下面操作：

  1. // 重新构建新的消息，包括：// 1.清除消息的延迟级别// 2.恢复真正的消息主题和队列Id
  2. MessageExtBrokerInner msgInner = this.messageTimeup(msgExt);
  4. // 重新把消息发送到真正的消息队列上
  5. PutMessageResult putMessageResult =
  6.     ScheduleMessageService.this.writeMessageStore
  7.         .putMessage(msgInner);

清除了消息的延迟级别，并且恢复了真正的消息主题和队列Id，重新把消息发送到真正的消息队列上以后，消费者就可以立即消费了。 由于篇幅限制，其中源码的细节不做过多展开，有兴趣的小伙伴可以去GitHub https://github.com/apache/rocketmq 上下载源码仔细阅读。

定制化方案

经过以上对源码的分析，可以总结出延迟消息的实现步骤： 1. 如果消息的延迟级别大于0，则表示该消息为延迟消息，修改该消息的主题为 SCHEDULE_TOPIC_XXXX ，队列Id为延迟级别减1。 2. 消息进入 SCHEDULE_TOPIC_XXXX 的队列中。 3. 定时任务根据上次拉取的偏移量不断从队列中取出所有消息。 4. 根据消息的物理偏移量和大小再次获取消息。 5. 根据消息属性重新创建消息，清除延迟级别，恢复原主题和队列Id。 6. 重新发送消息到原主题的队列中，供消费者进行消费。 概括起来如下图： 3e1a289a0f195f384e7546d34910b303.png 在CommitLog中，我们可以根据自定义的延迟时间选择一个最大的延迟级别，比如：延迟15分钟消费的消息，那么最大的延迟级别就是10分钟。在ScheduleMessageService中，判断消息是否真的到了消费的时间，如果已到了消费的时间，则恢复原主题和队列Id；如果未到消费的时间，则选择最大延迟级别重新修改主题和队列ID。如下图： c82a0fdc3a9616d76eb97f7b1eb6ee62.png 消息主体以及元数据都存储在CommitLog中，队列中只存放了在CommitLog中的起始物理偏移量、消息大小和消息Tag的哈希值，虽然需要重新把消息放入队列中，但空间浪费还是比较有限的。

优点

分布式、高吞吐量、高性能、高可靠，支持自定义延时时间。

缺点

定制RocketMQ不易维护，无法升级新版本。总结 从延迟消息的概念和应用场景出发，我们逐一讨论了五种不同的实现方案，分别是： · 使用Redis的Sorted Set结构。 · 使用RabbitMQ的rabbitmq delayed message exchange插件。 · 使用ActiveMQ的5.4及以上版本的延迟消息功能。 · 使用RocketMQ仅支持特定级别的延迟消息。 · 定制RocketMQ，以重新计算延迟级别的方式实现自定义延时。 以上每个方案都是各自的优点和缺点，所以说延迟消息没有一个放之四海而皆准的方案，需要根据数据规模和业务需求的实际情况才能确定最适合的方案。 b4893227db966ba9483cd2e8b48ed0af.png

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