一、應用場景

目前系統中有很多需要用到延時處理的功能：支付超時取消、排隊超時、短信、微信等提醒延遲發送、token刷新、會員卡過期等等。通過延時處理，極大地節省系統的資源，不必輪詢數據庫處理任務。

目前大部分功能通過定時任務完成，定時任務還分使用quartz及xxljob兩種類型輪詢時間短，每秒執行一次，對數據庫造成一定的壓力，并且會有1秒的誤差。輪詢時間久，如30分鐘一次，03:01插入一條數據，正常3:31執行過期，但是3:30執行輪詢時，掃描330的數據，是掃描不到3:31的數據的，需要4:00的時候才能掃描到，相當于多延遲了29分鐘！

二、演示處理方式調研

1.DelayQueue

實現方式：

jvm提供的延遲阻塞隊列，通過優先級隊列對不同延遲時間任務進行排序，通過condition進行阻塞、睡眠dealy時間 獲取延遲任務。

當有新任務加入時，會判斷新任務是否是第一個待執行的任務，若是，會解除隊列睡眠，防止新加入的元素時需要執行的元素而不能正常被執行線程獲取到。

存在的問題：

單機運行，系統宕機后，無法進行有效的重試

沒有執行記錄和備份

沒有重試機制

系統重啟時，會將任務清空！

不能分片消費

優勢： 實現簡單，無任務時阻塞，節省資源，執行時間準確

2.延遲隊列mq

實現方式：依賴mq，通過設置延遲消費時間，達到延遲消費功能。像rabbitMq、jmq都可以設置延遲消費時間。RabbitMq通過將消息設置過期時間，放入私信隊列進行消費實現。

存在的問題：時間設置不靈活，每個queue是固定的到期時間，每次新創建延時隊列，需要創建新的消息隊列

優點：依靠jmq，可以有效的監控、消費記錄、重試，具備多機同時消費能力，不懼怕宕機

3.定時任務

通過定時任務輪詢符合條件的數據

缺點：

必須要讀業務數據庫，對數據庫造成一定的壓力，

存在延時

一次掃描數據量過大時，占用過多的系統資源。

無法分片消費

優點：

消費失敗后，下次還能繼續消費，具備重試能力，

消費能力穩定

4.redis

任務存儲在redis中，使用redis的 zset隊列根據score進行排序，程序通過線程不斷獲取隊列數據消費，實現延時隊列

優點：

查詢redis相比較數據庫快，set隊列長度過大，會根據跳表結構進行查詢，效率高

redis可根據時間戳進行排序，只需要查詢當前時間戳內的分數的任務即可

無懼機器重啟

分布式消費

缺點：

受限于redis性能，并發10W

多個命令無法保證原子性，使用lua腳本會要求所有數據都在一個redis分片上。

5. 時間輪

通過時間輪實現的延遲任務執行，也是基于jvm單機運行，如kafka、netty都有實現時間輪，redisson的看門狗也是通過netty的時間輪實現的。

缺點：不適合分布式服務的使用，宕機后，會丟失任務。

三、實現目標

兼容目前在使用的異步事件組件，并提供更可靠，可重試、有記錄、可監控報警、高性能的延遲組件。

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。

Client支持豐富：支持多重語言。

高可用性：支持多實例部署。掛掉一個實例后，還有后備實例繼續提供服務。

實時性：允許存在一定的時間誤差。

支持消息刪除：業務使用方，可以隨時刪除指定消息。

支持消費查詢

支持手動重試

對當前異步事件的執行增加監控

四、架構設計

五、延遲組件實現方式

1.實現原理

目前選擇使用jimdb通過zset實現延時功能，將任務id和對應的執行時間作為score存在在zset隊列中，默認會按照score排序，每次取0-當前時間內的score的任務id，

發送延遲任務時，會根據時間戳+機器ip+queueName+sequence 生成唯一的id，構造消息體，加密后放入zset隊列中。

通過搬運線程，將達到執行時間的任務移動到發布隊列中，等待消費者獲取。

監控方通過集成ump

消費記錄通過redis備份+數據庫持久化完成。

通過緩存實現的方式，只是實現的一種，可以通過參數控制使用哪一種實現方式，并可通過spi自由擴展。

2.消息結構

每個Job必須包含以下幾個屬性：

Topic：Job類型,即QueueName

Id：Job的唯一標識。用來檢索和刪除指定的Job信息。

Delay：Job需要延遲的時間。單位：秒。（服務端會將其轉換為絕對時間）

Body：Job的內容，供消費者做具體的業務處理，以json格式存儲。

traceId:發送線程的traceId，待后續pfinder支持設置traceId后，可與發送線程公用同一個traceiD,便于日志追蹤

具體結構如下圖表示：

TTR的設計目的是為了保證消息傳輸的可靠性。

3.數據流轉及流程圖

基于redis-disruptor方式進行發布、消費，可以作為消息來進行使用，消費者采用原有異步事件的disruptor無鎖隊列消費，不同應用、不同queue之間無鎖

1）支持應用只發布，不消費，達到消息隊列的功能。

2）支持分桶，針對大key問題，若事件多，可以設置延遲隊列和任務隊列桶的數量，減小因大key造成的redis阻塞問題。

3）通過ducc配置，進行性能的擴展，目前只支持開啟消費和關閉消費。

4）支持設置超時時間配置，防止消費線程執行過久

?瓶頸：消費速度慢，生產速度過快，會導致ringbuffer隊列占滿，當前應用既是生產者也是消費者時，生產者會休眠，性能取決于消費速度，可通過水平擴展機器，直接提升性能。監控redis隊列的長度，若不斷增長，可考慮增加消費者，直接提高性能。

可能出現的情況：因一個應用公用一個disruptor，擁有64個消費者線程，如果某一個事件消費過慢，導致64個線程都在消費這個事件，會導致其他事件無消費線程消費，生產者線程也被阻塞，導致所有事件的消費都被阻塞。

后期觀察是否有這個性能瓶頸，可給每一個queue一個消費者線程池。

六、demo示例

增加配置文件

判斷是否開啟jd.event.enable:true

 com.jd.car
 senna-event
 1.0-SNAPSHOT 

jd:
senna:
event:
enable: true
queue:
retryEventQueue:
bucketNum: 1
handleBean: retryHandle

package com.jd.car.senna.admin.event;


import com.jd.car.senna.event.EventHandler;
import com.jd.car.senna.event.annotation.SennaEvent;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.stereotype.Component;


/**
* @author zhangluyao
* @description
* @create 2022-02-21-9:54 下午
*/
@Slf4j
@Component("retryHandle")
public class RetryQueueEvent extends EventHandler {


@Override
protected void onHandle(String key, String eventType) {
log.info("Handler開始消費:{}", key);
}


@Override
protected void onDelayHandle(String key, String eventType) {
log.info("delayHandler開始消費:{}", key);
}
}

注解形式：

package com.jd.car.senna.admin.event;


import com.jd.car.senna.event.EventHandler;
import com.jd.car.senna.event.annotation.SennaEvent;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;


/**
* @author zhangluyao
* @description
* @create 2022-02-21-9:54 下午
*/
@Slf4j
@SennaEvent(queueName = "testQueue", bucketNum = 5,delayBucketNum = 5,delayEnable = true)
public class TestQueueEvent extends EventHandler {


@Override
protected void onHandle(String key, String eventType) {
log.info("Handler開始消費:{}", key);
}


@Override
protected void onDelayHandle(String key, String eventType) {
log.info("delayHandler開始消費:{}", key);
}
}

發送代碼：

package com.jd.car.senna.admin.controller;


import com.jd.car.senna.event.queue.IEventQueue;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.context.annotation.Lazy;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.ResponseBody;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;


import javax.annotation.Resource;
import java.util.concurrent.CompletableFuture;




/**
* @author zly
*/
@RestController
@Slf4j
public class DemoController {


@Lazy
@Resource(name = "testQueue")
private IEventQueue eventQueue;


@ResponseBody
@GetMapping("/api/v1/demo")
public String demo() {
log.info("發送無延遲消息");
eventQueue.push("no delay 5000 millseconds message 3");
return "ok";
}


@ResponseBody
@GetMapping("/api/v1/demo1")
public String demo1() {
log.info("發送延遲5秒消息");
eventQueue.push(" delay 5000 millseconds message,name",1000*5L);
return "ok";
}


@ResponseBody
@GetMapping("/api/v1/demo2")
public String demo2() {
log.info("發送延遲到2022-04-02 00:00:00執行的消息");
eventQueue.push(" delay message,name to 2022-04-02 00:00:00", new Date(1648828800000));
return "ok";
} 


}

審核編輯：劉清