大家好,我是 Kaito。 我经常听到很多人讨论,关于「把 Redis 当作队列来用是否合适」的问题。 有些人表示赞成,他们认为 Redis 很轻量,用作队列很方便。 也些人则反对,认为 Redis 会「丢」数据,最好还是用「专业」的队列中间件更稳妥。 究竟哪种方案更好呢? 这篇文章,我就和你聊一聊把 Redis 当作队列,究竟是否合适这个问题。 我会从简单到复杂,一步步带你梳理其中的细节,把这个问题真正的讲清楚。 看完这篇文章后,我希望你对这个问题你会有全新的认识。 在文章的最后,我还会告诉你关于「技术选型」的思路,文章有点长,希望你可以耐心读完。 从最简单的开始:List 队列首先,我们先从最简单的场景开始讲起。 如果你的业务需求足够简单,想把 Redis 当作队列来使用,肯定最先想到的就是使用 List 这个数据类型。 因为 List 底层的实现就是一个「链表」,在头部和尾部操作元素,时间复杂度都是 O(1),这意味着它非常符合消息队列的模型。 如果把 List 当作队列,你可以这么来用。 生产者使用 LPUSH 发布消息: 127.0.0.1:6379> LPUSH queue msg1 消费者这一侧,使用 RPOP 拉取消息:
这个模型非常简单,也很容易理解。 但这里有个小问题,当队列中已经没有消息了,消费者在执行 RPOP 时,会返回 NULL。 127.0.0.1:6379> RPOP queue 而我们在编写消费者逻辑时,一般是一个「死循环」,这个逻辑需要不断地从队列中拉取消息进行处理,伪代码一般会这么写:
如果此时队列为空,那消费者依旧会频繁拉取消息,这会造成「CPU 空转」,不仅浪费 CPU 资源,还会对 Redis 造成压力。 怎么解决这个问题呢? 也很简单,当队列为空时,我们可以「休眠」一会,再去尝试拉取消息。代码可以修改成这样: while true: 这就解决了 CPU 空转问题。 这个问题虽然解决了,但又带来另外一个问题:当消费者在休眠等待时,有新消息来了,那消费者处理新消息就会存在「延迟」。 假设设置的休眠时间是 2s,那新消息最多存在 2s 的延迟。 要想缩短这个延迟,只能减小休眠的时间。但休眠时间越小,又有可能引发 CPU 空转问题。 鱼和熊掌不可兼得。 那如何做,既能及时处理新消息,还能避免 CPU 空转呢? Redis 是否存在这样一种机制:如果队列为空,消费者在拉取消息时就「阻塞等待」,一旦有新消息过来,就通知我的消费者立即处理新消息呢? 幸运的是,Redis 确实提供了「阻塞式」拉取消息的命令:BRPOP / BLPOP,这里的 B 指的是阻塞(Block)。 现在,你可以这样来拉取消息了:
使用 BRPOP 这种阻塞式方式拉取消息时,还支持传入一个「超时时间」,如果设置为 0,则表示不设置超时,直到有新消息才返回,否则会在指定的超时时间后返回 NULL。 这个方案不错,既兼顾了效率,还避免了 CPU 空转问题,一举两得。
解决了消息处理不及时的问题,你可以再思考一下,这种队列模型,有什么缺点? 我们一起来分析一下:
第一个问题是功能上的,使用 List 做消息队列,它仅仅支持最简单的,一组生产者对应一组消费者,不能满足多组生产者和消费者的业务场景。 第二个问题就比较棘手了,因为从 List 中 POP 一条消息出来后,这条消息就会立即从链表中删除了。也就是说,无论消费者是否处理成功,这条消息都没办法再次消费了。 这也意味着,如果消费者在处理消息时异常宕机,那这条消息就相当于丢失了。 针对这 2 个问题怎么解决呢?我们一个个来看。 发布/订阅模型:Pub/Sub从名字就能看出来,这个模块是 Redis 专门是针对「发布/订阅」这种队列模型设计的。 它正好可以解决前面提到的第一个问题:重复消费。 即多组生产者、消费者的场景,我们来看它是如何做的。 Redis 提供了 PUBLISH / SUBSCRIBE 命令,来完成发布、订阅的操作。 假设你想开启 2 个消费者,同时消费同一批数据,就可以按照以下方式来实现。 首先,使用 SUBSCRIBE 命令,启动 2 个消费者,并「订阅」同一个队列。 // 2个消费者 都订阅一个队列 此时,2 个消费者都会被阻塞住,等待新消息的到来。 之后,再启动一个生产者,发布一条消息。
这时,2 个消费者就会解除阻塞,收到生产者发来的新消息。 127.0.0.1:6379> SUBSCRIBE queue 看到了么,使用 Pub/Sub 这种方案,既支持阻塞式拉取消息,还很好地满足了多组消费者,消费同一批数据的业务需求。 除此之外,Pub/Sub 还提供了「匹配订阅」模式,允许消费者根据一定规则,订阅「多个」自己感兴趣的队列。
这里的消费者,订阅了 queue.* 相关的队列消息。 之后,生产者分别向 queue.p1 和 queue.p2 发布消息。 127.0.0.1:6379> PUBLISH queue.p1 msg1 这时再看消费者,它就可以接收到这 2 个生产者的消息了。
我们可以看到,Pub/Sub 最大的优势就是,支持多组生产者、消费者处理消息。 讲完了它的优点,那它有什么缺点呢? 其实,Pub/Sub 最大问题是:丢数据。 如果发生以下场景,就有可能导致数据丢失:
究竟是怎么回事? 这其实与 Pub/Sub 的实现方式有很大关系。 Pub/Sub 在实现时非常简单,它没有基于任何数据类型,也没有做任何的数据存储,它只是单纯地为生产者、消费者建立「数据转发通道」,把符合规则的数据,从一端转发到另一端。 一个完整的发布、订阅消息处理流程是这样的:
看到了么,整个过程中,没有任何的数据存储,一切都是实时转发的。 这种设计方案,就导致了上面提到的那些问题。 例如,如果一个消费者异常挂掉了,它再重新上线后,只能接收新的消息,在下线期间生产者发布的消息,因为找不到消费者,都会被丢弃掉。 如果所有消费者都下线了,那生产者发布的消息,因为找不到任何一个消费者,也会全部「丢弃」。 所以,当你在使用 Pub/Sub 时,一定要注意:消费者必须先订阅队列,生产者才能发布消息,否则消息会丢失。 这也是前面讲例子时,我们让消费者先订阅队列,之后才让生产者发布消息的原因。 另外,因为 Pub/Sub 没有基于任何数据类型实现,所以它也不具备「数据持久化」的能力。 也就是说,Pub/Sub 的相关操作,不会写入到 RDB 和 AOF 中,当 Redis 宕机重启,Pub/Sub 的数据也会全部丢失。 最后,我们来看 Pub/Sub 在处理「消息积压」时,为什么也会丢数据? 当消费者的速度,跟不上生产者时,就会导致数据积压的情况发生。 如果采用 List 当作队列,消息积压时,会导致这个链表很长,最直接的影响就是,Redis 内存会持续增长,直到消费者把所有数据都从链表中取出。 但 Pub/Sub 的处理方式却不一样,当消息积压时,有可能会导致消费失败和消息丢失! 这是怎么回事? 还是回到 Pub/Sub 的实现细节上来说。 每个消费者订阅一个队列时,Redis 都会在 Server 上给这个消费者在分配一个「缓冲区」,这个缓冲区其实就是一块内存。 当生产者发布消息时,Redis 先把消息写到对应消费者的缓冲区中。 之后,消费者不断地从缓冲区读取消息,处理消息。 但是,问题就出在这个缓冲区上。 因为这个缓冲区其实是有「上限」的(可配置),如果消费者拉取消息很慢,就会造成生产者发布到缓冲区的消息开始积压,缓冲区内存持续增长。 如果超过了缓冲区配置的上限,此时,Redis 就会「强制」把这个消费者踢下线。 这时消费者就会消费失败,也会丢失数据。 如果你有看过 Redis 的配置文件,可以看到这个缓冲区的默认配置:client-output-buffer-limit pubsub 32mb 8mb 60。 它的参数含义如下:
Pub/Sub 的这一点特点,是与 List 作队列差异比较大的。 从这里你应该可以看出,List 其实是属于「拉」模型,而 Pub/Sub 其实属于「推」模型。 List 中的数据可以一直积压在内存中,消费者什么时候来「拉」都可以。 但 Pub/Sub 是把消息先「推」到消费者在 Redis Server 上的缓冲区中,然后等消费者再来取。 当生产、消费速度不匹配时,就会导致缓冲区的内存开始膨胀,Redis 为了控制缓冲区的上限,所以就有了上面讲到的,强制把消费者踢下线的机制。 好了,现在我们总结一下 Pub/Sub 的优缺点:
有没有发现,除了第一个是优点之外,剩下的都是缺点。 所以,很多人看到 Pub/Sub 的特点后,觉得这个功能很「鸡肋」。 也正是以上原因,Pub/Sub 在实际的应用场景中用得并不多。
我们再来看一下,Pub/Sub 有没有解决,消息处理时异常宕机,无法再次消费的问题呢? 其实也不行,Pub/Sub 从缓冲区取走数据之后,数据就从 Redis 缓冲区删除了,消费者发生异常,自然也无法再次重新消费。 好,现在我们重新梳理一下,我们在使用消息队列时的需求。 当我们在使用一个消息队列时,希望它的功能如下:
Redis 除了 List 和 Pub/Sub 之外,还有符合这些要求的数据类型吗? 其实,Redis 的作者也看到了以上这些问题,也一直在朝着这些方向努力着。 Redis 作者在开发 Redis 期间,还另外开发了一个开源项目 disque。 这个项目的定位,就是一个基于内存的分布式消息队列中间件。 但由于种种原因,这个项目一直不温不火。 终于,在 Redis 5.0 版本,作者把 disque 功能移植到了 Redis 中,并给它定义了一个新的数据类型:Stream。 下面我们就来看看,它能符合上面提到的这些要求吗? 趋于成熟的队列:Stream我们来看 Stream 是如何解决上面这些问题的。 我们依旧从简单到复杂,依次来看 Stream 在做消息队列时,是如何处理的? 首先,Stream 通过 XADD 和 XREAD 完成最简单的生产、消费模型:
生产者发布 2 条消息: // *表示让Redis自动生成消息ID 使用 XADD 命令发布消息,其中的「*」表示让 Redis 自动生成唯一的消息 ID。 这个消息 ID 的格式是「时间戳-自增序号」。 消费者拉取消息:
如果想继续拉取消息,需要传入上一条消息的 ID: 127.0.0.1:6379> XREAD COUNT 5 STREAMS queue 1618469127777-0 没有消息,Redis 会返回 NULL。 以上就是 Stream 最简单的生产、消费。
下面我们来看,针对前面提到的消息队列要求,Stream 都是如何解决的? 1) Stream 是否支持「阻塞式」拉取消息? 可以的,在读取消息时,只需要增加 BLOCK 参数即可。
这时,消费者就会阻塞等待,直到生产者发布新的消息才会返回。 2) Stream 是否支持发布 / 订阅模式? 也没问题,Stream 通过以下命令完成发布订阅:
下面我们来看具体如何做? 首先,生产者依旧发布 2 条消息: 127.0.0.1:6379> XADD queue * name zhangsan 之后,我们想要开启 2 组消费者处理同一批数据,就需要创建 2 个消费者组:
消费者组创建好之后,我们可以给每个「消费者组」下面挂一个「消费者」,让它们分别处理同一批数据。 第一个消费组开始消费: // group1的consumer开始消费,>表示拉取最新数据 同样地,第二个消费组开始消费:
我们可以看到,这 2 组消费者,都可以获取同一批数据进行处理了。 这样一来,就达到了多组消费者「订阅」消费的目的。 3) 消息处理时异常,Stream 能否保证消息不丢失,重新消费? 除了上面拉取消息时用到了消息 ID,这里为了保证重新消费,也要用到这个消息 ID。 当一组消费者处理完消息后,需要执行 XACK 命令告知 Redis,这时 Redis 就会把这条消息标记为「处理完成」。 // group1下的 1618472043089-0 消息已处理完成 如果消费者异常宕机,肯定不会发送 XACK,那么 Redis 就会依旧保留这条消息。 待这组消费者重新上线后,Redis 就会把之前没有处理成功的数据,重新发给这个消费者。这样一来,即使消费者异常,也不会丢失数据了。
4) Stream 数据会写入到 RDB 和 AOF 做持久化吗? Stream 是新增加的数据类型,它与其它数据类型一样,每个写操作,也都会写入到 RDB 和 AOF 中。 我们只需要配置好持久化策略,这样的话,就算 Redis 宕机重启,Stream 中的数据也可以从 RDB 或 AOF 中恢复回来。 5) 消息堆积时,Stream 是怎么处理的? 其实,当消息队列发生消息堆积时,一般只有 2 个解决方案:
而 Redis 在实现 Stream 时,采用了第 2 个方案。 在发布消息时,你可以指定队列的最大长度,防止队列积压导致内存爆炸。 // 队列长度最大10000 当队列长度超过上限后,旧消息会被删除,只保留固定长度的新消息。 这么来看,Stream 在消息积压时,如果指定了最大长度,还是有可能丢失消息的。
好了,通过以上介绍,我们可以看到,Redis 的 Stream 几乎覆盖到了消息队列的各种场景,是不是觉得很完美? 既然它的功能这么强大,这是不是意味着,Redis 真的可以作为专业的消息队列中间件来使用呢? 但是还「差一点」,就算 Redis 能做到以上这些,也只是「趋近于」专业的消息队列。 原因在于 Redis 本身的一些问题,如果把其定位成消息队列,还是有些欠缺的。 到这里,就不得不把 Redis 与专业的队列中间件做对比了。 下面我们就来看一下,Redis 在作队列时,到底还有哪些欠缺? 与专业的消息队列对比其实,一个专业的消息队列,必须要做到两大块:
前面我们讨论的重点,很大篇幅围绕的是第一点展开的。 这里我们换个角度,从一个消息队列的「使用模型」来分析一下,怎么做,才能保证数据不丢? 使用一个消息队列,其实就分为三大块:生产者、队列中间件、消费者。 ![]() 消息是否会发生丢失,其重点也就在于以下 3 个环节:
1) 生产者会不会丢消息? 当生产者在发布消息时,可能发生以下异常情况:
如果是情况 1,消息根本没发出去,那么重新发一次就好了。 如果是情况 2,生产者没办法知道消息到底有没有发成功?所以,为了避免消息丢失,它也只能继续重试,直到发布成功为止。
也就是说,生产者为了避免消息丢失,只能采用失败重试的方式来处理。 但发现没有?这也意味着消息可能会重复发送。 是的,在使用消息队列时,要保证消息不丢,宁可重发,也不能丢弃。 那消费者这边,就需要多做一些逻辑了。 对于敏感业务,当消费者收到重复数据数据时,要设计幂等逻辑,保证业务的正确性。 从这个角度来看,生产者会不会丢消息,取决于生产者对于异常情况的处理是否合理。 所以,无论是 Redis 还是专业的队列中间件,生产者在这一点上都是可以保证消息不丢的。 2) 消费者会不会丢消息? 这种情况就是我们前面提到的,消费者拿到消息后,还没处理完成,就异常宕机了,那消费者还能否重新消费失败的消息? 要解决这个问题,消费者在处理完消息后,必须「告知」队列中间件,队列中间件才会把标记已处理,否则仍旧把这些数据发给消费者。 这种方案需要消费者和中间件互相配合,才能保证消费者这一侧的消息不丢。 无论是 Redis 的 Stream,还是专业的队列中间件,例如 RabbitMQ、Kafka,其实都是这么做的。 所以,从这个角度来看,Redis 也是合格的。 3) 队列中间件会不会丢消息? 前面 2 个问题都比较好处理,只要客户端和服务端配合好,就能保证生产端、消费端都不丢消息。 但是,如果队列中间件本身就不可靠呢? 毕竟生产者和消费这都依赖它,如果它不可靠,那么生产者和消费者无论怎么做,都无法保证数据不丢。 在这个方面,Redis 其实没有达到要求。 Redis 在以下 2 个场景下,都会导致数据丢失。
基于以上原因我们可以看到,Redis 本身的无法保证严格的数据完整性。 所以,如果把 Redis 当做消息队列,在这方面是有可能导致数据丢失的。 再来看那些专业的消息队列中间件是如何解决这个问题的? 像 RabbitMQ 或 Kafka 这类专业的队列中间件,在使用时,一般是部署一个集群,生产者在发布消息时,队列中间件通常会写「多个节点」,以此保证消息的完整性。这样一来,即便其中一个节点挂了,也能保证集群的数据不丢失。 也正因为如此,RabbitMQ、Kafka在设计时也更复杂。毕竟,它们是专门针对队列场景设计的。 但 Redis 的定位则不同,它的定位更多是当作缓存来用,它们两者在这个方面肯定是存在差异的。 最后,我们来看消息积压怎么办? 4) 消息积压怎么办? 因为 Redis 的数据都存储在内存中,这就意味着一旦发生消息积压,则会导致 Redis 的内存持续增长,如果超过机器内存上限,就会面临被 OOM 的风险。 所以,Redis 的 Stream 提供了可以指定队列最大长度的功能,就是为了避免这种情况发生。 但 Kafka、RabbitMQ 这类消息队列就不一样了,它们的数据都会存储在磁盘上,磁盘的成本要比内存小得多,当消息积压时,无非就是多占用一些磁盘空间,相比于内存,在面对积压时也会更加「坦然」。 综上,我们可以看到,把 Redis 当作队列来使用时,始终面临的 2 个问题:
到这里,Redis 是否可以用作队列,我想这个答案你应该会比较清晰了。 如果你的业务场景足够简单,对于数据丢失不敏感,而且消息积压概率比较小的情况下,把 Redis 当作队列是完全可以的。 而且,Redis 相比于 Kafka、RabbitMQ,部署和运维也更加轻量。 如果你的业务场景对于数据丢失非常敏感,而且写入量非常大,消息积压时会占用很多的机器资源,那么我建议你使用专业的消息队列中间件。 总结好了,总结一下。这篇文章我们从「Redis 能否用作队列」这个角度出发,介绍了 List、Pub/Sub、Stream 在做队列的使用方式,以及它们各自的优劣。 之后又把 Redis 和专业的消息队列中间件做对比,发现 Redis 的不足之处。 最后,我们得出 Redis 做队列的合适场景。 这里我也列了一个表格,总结了它们各自的优缺点。 ![]() 后记最后,我想和你再聊一聊关于「技术方案选型」的问题。 你应该也看到了,这篇文章虽然始于 Redis,但并不止于 Redis。 我们在分析 Redis 细节时,一直在提出问题,然后寻找更好的解决方案,在文章最后,又聊到一个专业的消息队列应该怎么做。 其实,我们在讨论技术选型时,就是一个关于如何取舍的问题。 而这里我想传达给你的信息是,在面对技术选型时,不要不经过思考就觉得哪个方案好,哪个方案不好。 你需要根据具体场景具体分析,这里我把这个分析过程分为 2 个层面:
这篇文章所讲到的内容,都是以业务功能角度出发做决策的。 但这里的第二点,从技术资源角度出发,其实也很重要。 技术资源的角度是说,你所处的公司环境、技术资源能否匹配这些技术方案。 这个怎么解释呢? 简单来讲,就是你所在的公司、团队,是否有匹配的资源能 hold 住这些技术方案。 我们都知道 Kafka、RabbitMQ 是非常专业的消息中间件,但它们的部署和运维,相比于 Redis 来说,也会更复杂一些。 如果你在一个大公司,公司本身就有优秀的运维团队,那么使用这些中间件肯定没问题,因为有足够优秀的人能 hold 住这些中间件,公司也会投入人力和时间在这个方向上。 但如果你是在一个初创公司,业务正处在快速发展期,暂时没有能 hold 住这些中间件的团队和人,如果贸然使用这些组件,当发生故障时,排查问题也会变得很困难,甚至会阻碍业务的发展。 而这种情形下,如果公司的技术人员对于 Redis 都很熟,综合评估来看,Redis 也基本可以满足业务 90% 的需求,那当下选择 Redis 未必不是一个好的决策。 所以,做技术选型不只是技术问题,还与人、团队、管理、组织结构有关。 也正是因为这些原因,当你在和别人讨论技术选型问题时,你会发现每个公司的做法都不相同。 毕竟每个公司所处的环境和文化不一样,做出的决策当然就会各有差异。 如果你不了解这其中的逻辑,那在做技术选型时,只会趋于表面现象,无法深入到问题根源。 而一旦你理解了这个逻辑,那么你在看待这个问题时,不仅对于技术会有更加深刻认识,对技术资源和人的把握,也会更加清晰。 希望你以后在做技术选型时,能够把这些因素也考虑在内,这对你的技术成长之路也是非常有帮助的。 |
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