PHP基於Redis實現輕量級延遲隊列

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？

一、背景

先看看一下業務場景：

• 1.會員過期前3天發送召回通知
• 2.訂單支付成功后，5分鍾后檢測下游環節是否都正常，比如用戶購買會員后，各種會員狀態是否都設置成功
• 3.如何定期檢查處於退款狀態的訂單是否已經退款成功？
• 4.實現通知失敗，1，3，5，7分鍾重復通知，直到對方回復？

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.掃表與數據庫長時間連接，在數量量大的情況容易出現連接異常中斷，需要更多的異常處理，對程序健壯性要求高
• 2.在數據量大的情況下延時較高，規定內處理不完，影響業務，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.每個業務都要維護一個自己的掃表邏輯。 當業務越來越多時，發現掃表部分的邏輯會重復開發，但是非常類似

延時隊列能對於上述需求能很好的解決

二、調研

調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
  1.基於redis實現，redis只能配置一個,如果redis掛了整個服務不可用，可用性差點
  2.消費端實現的是拉模式，接入成本大，每個項目都得去實現一遍接入代碼
  3.在star使用的人數不多，放在生產環境，存在風險，加之對go語言不了解，出了問題難以維護
• 3.SchedulerX-阿里開源的： 功能很強大，但是運維復雜，依賴組件多，不夠輕量
• 4.RabbitMQ-延時任務: 本身沒有延時功能，需要借助一特性自己實現，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結構作為存儲，用php語言實現 ，實現原理參考了有贊團隊：https://tech.youzan.com/queuing_delay/

整個延遲隊列主要由4個部分

• JobPool用來存放所有Job的元信息。
• 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）。
• Timer負責實時掃描各個Bucket，並將delay時間大於等於當前時間的Job放入到對應的Ready Queue。
• ReadyQueue存放處於Ready狀態的Job（這里只存放JobId），以供消費程序消費。 
  • • 

       

       　

      消息結構
      每個Job必須包含一下幾個屬性：

      1. topic：Job類型。可以理解成具體的業務名稱。
      2. id：Job的唯一標識。用來檢索和刪除指定的Job信息。
      3. delayTime：jod延遲執行的時間，13位時間戳
      4. ttr（time-to-run)：Job執行超時時間。
      5. body：Job的內容，供消費者做具體的業務處理，以json格式存儲。

      對於同一類的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務名稱

      2.id：Job的唯一標識。用來檢索和刪除指定的Job信息。

      3.body：Job的內容，供消費者做具體的業務處理，以json格式存儲。

      delaytime,ttr在topicadmin后台配置

      三、目標

      • 輕量級：有較少的php的拓展就能直接運行，不需要引入網絡框架，比如swoole，workman之類的
      • 穩定性：采用master-work架構，master不做業務處理，只負責管理子進程，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，一個實例掛掉不影響服務
      • 2.支持配置多個redis，一個redis掛了只影響部分消息
      • 3.業務方接入方便，在后台只需填寫相關消息類型和回調接口
      • 拓展性: 當消費進程存在瓶頸時，可以配置加大消費進程數，當寫入存在瓶頸時，可增加實例數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：業務使用方，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、架構設計與說明

      總體架構

    • 采用master-work架構模式，主要包括6個模塊：

      • 1.dq-mster: 主進程，負責管理子進程的創建，銷毀，回收以及信號通知
      • 2.dq-server: 負責消息寫入，讀取，刪除功能以及維護redis連接池
      • 3.dq-timer-N: 負責從redis的zset結構中掃描到期的消息，並負責寫入ready 隊列，個數可配置，一般2個就行了，因為消息在zset結構是按時間有序的
      • 4.dq-consume-N: 負責從ready隊列中讀取消息並通知給對應回調接口，個數可配置
      • 5.dq-redis-checker: 負責檢查redis的服務狀態，如果redis宕機，發送告警郵件
      • 6.dq-http-server: 提供web后台界面，用於注冊topic

      五、模塊流程圖

      消息寫入:

    • 

       

       timer查找到期消息:

    • timer查找到期消息:

      

      consumer消費流程:

      

      六、部署

      環境依賴：PHP 5.4+ 安裝sockets，redis，pcntl,pdo_mysql 拓展

      ps: 熟悉docker的同學可以直接用鏡像: shareclz/php7.2.14 里面包含了所需拓展

      step1:安裝數據庫用於存儲一些topic以及告警信息

      執行:

      mysql> source dq.sql

      step2:在DqConfg.文件中配置數據庫信息： DqConf::$db step3: 啟動http服務

      在DqConf.php文件中修改php了路徑

      命令：

      php DqHttpServer.php --port 8088

      訪問:http://127.0.0.1:8088,出現配置界面

      

      redis信息格式：host:port:auth 比如 127.0.0.1:6379:12345

      stop4:配置告信息(比如redis宕機)

      

      stop5:注冊topic

      

      重試標記說明:

      1.接口返回為空默認重試

      2.滿足指定返回表達會重試，res表示返回的json數組，比如:

      回調接口返回json串：{ "code": 200, "data":{ "status": 2, "msg": "返回失敗"}}，重試條件可以這樣寫

      {res.code}!= 200

      {res.code}!= 200&& {res. data.status}!= 2

      {res.code}== 200&& {res. data.status}== 2|| {res. data.msg}== '返回失敗'

      step6:啟動服務進程:

      php DqInit.php --port 6789 &

      執行 ps -ef | grep dq 看到如下信息說明啟動成功

      

      step7: 寫入數據，參考demo.phpstep8: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,1分鍾執行一次，程序有check_self的判斷
      • 2.優雅退出命令: 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后會自動退出

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

      七、性能測試

      需要安裝pthreads拓展：

      測試原理：使用多線程模擬並發，在1s內能成功返回請求成功的個數

      php DqBench concurrency requests

      concurrency:並發數

      requests： 每個並發產生的請求數

      測試環境：內存 8G ，8核cpu，2個redis和1個dq-server 部署在一個機器上，數據包64字節

      qps：2400

      八、值得一提的性能優化點：

      • 1.redis multi命令：將多個對redis的操作打包成一個減少網絡開銷
      • 2.計數的操作異步處理，在異步邏輯里面用函數的static變量來保存，當寫入redis成功后釋放static變量，可以在redis出現異常時計數仍能保持一致，除非進程退出
      • 3.內存泄露檢測有必要: 所有的內存分配在底層都是調用了brk或者mmap，只要程序只有大量brk或者mmap的系統調用，內存泄露可能性非常高 ,檢測命令: strace -c -p pid | grep -P 'mmap| brk'
      • 4.檢測程序的系統調用情況：strace -c -p pid ，發現某個系統函數調用是其他的數倍，可能大概率程序存在問題
      九、異常處理

      1.如果調用通知接口在超時時間內，沒有收到回復認為通知失敗，系統會重新把數據放入隊列，重新通知，系統默認最大通知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分鍾，通知失敗，第二次3分鍾后，直到收到回復，超出最大通知次數后系統自動丟棄，同時發郵件通知

      2.線上redis每隔1s持久化一次，存在丟失1s數據的情況，出現這種情況可以對比request_ymd.txt和notify_ymd.txt日志手動恢復過來

      3.redis宕機通知:

      

      ps:網絡抖動在所難免，通知接口如果涉及到核心的服務,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內存作存儲，服務穩定運行數月，各項指標均符合預期

      主要接入業務:

      • 訂單10分鍾召回通知
      • 調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.由於團隊使用的鏡像缺少libevent拓展，所以dq-server基於select模型，並發高的場景下性能存在瓶頸，后續可以改為基於libevent事件模型，提升並發性能

      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，並且支持動態創建線程數來提高consumer的性能，最大程度保證消費及時

      3.dq-server與redis是同步調用，這也是性能的瓶頸點，計划基於swoole_redis來異步處理

    • 推薦閱讀：
    • Swoole和Redis實現的並發隊列處理系統