延迟队列,顾名思义它是一种带有延迟功能的消息队列。 那么,是在什么场景下我才需要这样的队列呢?
一、背景

先看看一下业务场景:

1.会员过期前3天发送召回通知

2.订单支付成功后,5分钟后检测下游环节是否都正常,比如用户购买会员后,各种会员状态是否都设置成功

3.如何定期检查处于退款状态的订单是否已经退款成功?

4.实现通知失败,1,3,5,7分钟重复通知,直到对方回复?

通常解决以上问题,最简单直接的办法就是定时去扫表。

扫表存在的问题是:

1.扫表与数据库长时间连接,在数量量大的情况容易出现连接异常中断,需要更多的异常处理,对程序健壮性要求高

2.在数据量大的情况下延时较高,规定内处理不完,影响业务,虽然可以启动多个进程来处理,这样会带来额外的维护成本,不能从根本上解决。

3.每个业务都要维护一个自己的扫表逻辑。 当业务越来越多时,发现扫表部分的逻辑会重复开发,但是非常类似

延时队列能对于上述需求能很好的解决
二、调研

调研了市场上一些开源的方案,以下:

1.有赞科技:只有原理,没有开源代码

2.github个人的:https://github.com/ouqiang/delay-queu ,感觉也不太适合我们团队,主要基于如下几点考虑

    1.基于redis实现,redis只能配置一个,如果redis挂了整个服务不可用,可用性差点

    2.消费端实现的是拉模式,接入成本大,每个项目都得去实现一遍接入代码

    3.在star使用的人数不多,放在生产环境,存在风险,加之对go语言不了解,出了问题难以维护

3.SchedulerX-阿里开源的: 功能很强大,但是运维复杂,依赖组件多,不够轻量

4.RabbitMQ-延时任务: 本身没有延时功能,需要借助一特性自己实现,而且公司没有部署这个队列,去单独部署一个这个来做延时队列成本有点高,而且还需要专门的运维来维护,目前团队不支持

基本以上原因打算自己写一个,平常使用php多,项目基本redis的zset结构作为存储,用php语言实现 ,实现原理参考了有赞团队:https://tech.youzan.com/queuing_delay/

整个延迟队列主要由4个部分

JobPool用来存放所有Job的元信息。

DelayBucket是一组以时间为维度的有序队列,用来存放所有需要延迟的Job(这里只存放Job Id)。

Timer负责实时扫描各个Bucket,并将delay时间大于等于当前时间的Job放入到对应的Ready Queue。

ReadyQueue存放处于Ready状态的Job(这里只存放JobId),以供消费程序消费。

消息结构 每个Job必须包含一下几个属性:

topic:Job类型。可以理解成具体的业务名称。

id:Job的唯一标识。用来检索和删除指定的Job信息。

delayTime:jod延迟执行的时间,13位时间戳

ttr(time-to-run):Job执行超时时间。

body:Job的内容,供消费者做具体的业务处理,以json格式存储。

对于同一类的topic delaytime,ttr一般是固定,job可以在精简一下属性

1.topic:Job类型。可以理解成具体的业务名称

2.id:Job的唯一标识。用来检索和删除指定的Job信息。

3.body:Job的内容,供消费者做具体的业务处理,以json格式存储。

delaytime,ttr在topicadmin后台配置
三、目标

轻量级:有较少的php的拓展就能直接运行,不需要引入网络框架,比如swoole,workman之类的

稳定性:采用master-work架构,master不做业务处理,只负责管理子进程,子进程异常退出时自动拉起

可用性:

    1.支持多实例部署,每个实例无状态,一个实例挂掉不影响服务

    2.支持配置多个redis,一个redis挂了只影响部分消息

    3.业务方接入方便,在后台只需填写相关消息类型和回掉接口

拓展性: 当消费进程存在瓶颈时,可以配置加大消费进程数,当写入存在瓶颈时,可增加实例数写入性能可线性提高

实时性:允许存在一定的时间误差。

支持消息删除:业务使用方,可以随时删除指定消息。

消息传输可靠性:消息进入到延迟队列后,保证至少被消费一次。

写入性能:qps>1000+

四、架构设计与说明

总体架构

采用master-work架构模式,主要包括6个模块:

1.dq-mster: 主进程,负责管理子进程的创建,销毁,回收以及信号通知

2.dq-server: 负责消息写入,读取,删除功能以及维护redis连接池

3.dq-timer-N: 负责从redis的zset结构中扫描到期的消息,并负责写入ready 队列,个数可配置,一般2个就行了,因为消息在zset结构是按时间有序的

4.dq-consume-N: 负责从ready队列中读取消息并通知给对应回掉接口,个数可配置

5.dq-redis-checker: 负责检查redis的服务状态,如果redis宕机,发送告警邮件

6.dq-http-server: 提供web后台界面,用于注册topic

五、模块时序图

消息写入:

timer查找到期消息:

consumer消费流程:

六、部署

环境依赖:PHP 5.4+ 安装sockets,redis,pcntl,pdo_mysql 拓展
step1:安装数据库用于存储一些topic以及告警信息

create database dq;

#存放告警信息

CREATE TABLE `dq_alert` (

  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,

  `host` varchar(255) NOT NULL DEFAULT '',

  `port` int(11) NOT NULL DEFAULT '0',

  `user` varchar(255) NOT NULL DEFAULT '',

  `pwd` varchar(255) NOT NULL DEFAULT '',

  `ext` varchar(2048) NOT NULL DEFAULT '',

  PRIMARY KEY (`id`)

) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=2 DEFAULT CHARSET=utf8;

#存放redis信息

CREATE TABLE `dq_redis` (

  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,

  `t_name` varchar(200) NOT NULL DEFAULT '',

  `t_content` varchar(2048) NOT NULL DEFAULT '',

  PRIMARY KEY (`id`)

) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=14 DEFAULT CHARSET=utf8;

#存储注册信息

CREATE TABLE `dq_topic` (

  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,

  `t_name` varchar(1024) NOT NULL DEFAULT '',

  `delay` int(11) NOT NULL DEFAULT '0',

  `callback` varchar(1024) NOT NULL DEFAULT '',

  `timeout` int(11) NOT NULL DEFAULT '3000',

  `email` varchar(1024) NOT NULL DEFAULT '',

  `topic` varchar(255) NOT NULL DEFAULT '',

  `createor` varchar(1024) NOT NULL DEFAULT '',

  `status` tinyint(4) NOT NULL DEFAULT '1',

  `method` varchar(32) NOT NULL DEFAULT 'GET',

  PRIMARY KEY (`id`)

) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=6 DEFAULT CHARSET=utf8;

step2:在DqConfg.文件中配置数据库信息: DqConf::$db
step3: 启动http服务

在DqConf.php文件中修改php了路径 $logPath

命令:

php DqHttpServer.php --port 8088

访问:http://127.0.0.1:8088,出现配置界面

redis信息格式:host:post:auth 比如 127.0.0.1:6379:12345
stop4:启动服务进程:

php DqInit.php --port 6789 看到如下信息说明启动成功

stop5:配置告信息(比如redis宕机)

stop6:注册topic


step7: 写入数据,在项目根目录下新建test.php文件写入

<?php

include_once 'DqLoader.php';

date_default_timezone_set("PRC");

//可配置多个

$server=array(

    '127.0.0.1:6789',

);

$dqClient = new DqClient();

$dqClient->addServer($server);



$topic ='order_openvip_checker'; //topic在后台注册

$id = uniqid();

$data=array(

    'id'=>$id,

    'body'=>array(

        'a'=>1,

        'b'=>2,

        'c'=>3,

        'ext'=>str_repeat('a',64),

    ),

    //可选,设置后以这个通知时间为准,默认延时时间在注册topic的时候指定

    'fix_time'=>date('Y-m-d 23:50:50'),

);



//添加

$boolRet = $dqClient->add($topic, $data);

echo 'add耗时:'.(msectime() - $time)."ms\n";

//查询

$time = msectime();

$result = $dqClient->get($topic, $id);

echo 'get耗时:'.(msectime() - $time)."ms\n";



//删除

$time = msectime();

$boolRet = $dqClient->del($topic,$id);

echo 'del耗时:'.(msectime() - $time)."ms\n";

执行php test.php
step8:查看日志

默认日志目录在项目目录的logs目录下,在DqConf.php修改$logPath

1.请求日志:request_ymd.txt

2.通知日志:notify_ymd.txt

3.错误日志:err_ymd.txt

step9:如果配置文件有改动

1.系统会自动检测配置文件新,如果有改动,会自动退出(没有找到较好的热更新的方案),需要重启,可以在crontab里面建个任务,1分钟执行一次,程序有check_self的判断

2.优雅退出命令: master检测侦听了USR2信号,收到信号后会通知所有子进程,子进程完成当前任务后会自动退出

ps -ef | grep dq-master| grep -v grep | head -n 1 | awk '{print $2}' | xargs kill -USR2

七、性能测试

需要安装pthreads拓展:

测试原理:使用多线程模拟并发,在1s内能成功返回请求成功的个数

php DqBench  concurrency  requests

concurrency:并发数

requests: 每个并发产生的请求数



测试环境:内存 8G ,8核cpu,2个redis和1个dq-server 部署在一个机器上,数据包64字节

qps:2400

八、值得一提的性能优化点:

1.redis multi命令:将多个对redis的操作打包成一个减少网络开销

2.计数的操作异步处理,在异步逻辑里面用函数的static变量来保存,当写入redis成功后释放static变量,可以在redis出现异常时计数仍能保持一致,除非进程退出

3.内存泄露检测有必要: 所有的内存分配在底层都是调用了brk或者mmap,只要程序只有大量brk或者mmap的系统调用,内存泄露可能性非常高 ,检测命令: strace -c -p pid | grep 'mmap| brk'

4.检测程序的系统调用情况:strace -c -p pid ,发现某个系统函数调用是其他的数倍,可能大概率程序存在问题

九、异常处理

如果调用通知接口在超时时间内,没有收到回复认为通知失败,系统会重新把数据放入队列,重新通知,系统默认最大通知10次(可以在Dqconf.php文件中修改$notify_exp_nums)通知间隔为2n+1,比如第一次1分钟,通知失败,第二次3分钟后,直到收到回复,超出最大通知次数后系统自动丢弃,同时发邮件通知

ps:网络抖动在所难免,通知接口如果涉及到核心的服务,一定要保证幂等!!

redis宕机通知:


十、线上情况

线上部署了两个实例每个机房部一个,4个redis共16G内存作存储,服务稳定运行数月,各项指标均符合预期

主要接入业务:

订单10分钟召回通知

调用接口超时或者失败时做补偿

会员过期前3天召回通知

十一、参考

https://www.cnblogs.com/peachyy/p/7398430.html

https://tech.youzan.com/queuing_delay/

http://www.runoob.com/bootstrap/bootstrap-tutorial.html

【本文作者】

爱的奇迹:前百度高级工程师,现供职于微博,一直做 PHP 相关的开发工作。