面试官:Redis如何实现延迟任务?

数据库 Redis
启动一个后台线程或者定时任务,定期通过 ZRANGEBYSCORE 命令从有序集合中获取已到达执行时间的任务,即分数小于或等于当前时间的任务,进行执行即可实现延时任务。

延迟任务(Delayed Task)是指在未来的某个时间点,执行相应的任务。也就是说,延迟任务是一种计划任务,它被安排在特定的时间后执行,而不是立即执行。

延迟任务的常见使用场景有以下几个:

  1. 定时发送通知或消息:

发送定时短信、邮件或应用内消息,如注册确认、订单状态更新、促销活动通知等。

定时推送新闻、天气预报、股票价格等实时信息。

  1. 异步处理和后台任务:

将耗时的操作安排为延迟任务,避免阻塞主线程或用户界面,提高系统的响应性能。

执行批量数据处理,如日志分析、数据报表生成等。

  1. 缓存管理和过期处理:

定时清理过期的缓存数据,释放存储空间。

更新缓存中的数据,保持数据的时效性和准确性。

  1. 计划任务和定时调度:

在特定时间执行系统维护任务,如数据库备份、系统更新等。

定时启动或关闭服务,以节约资源或满足业务需求。

  1. 订单和支付处理:

在用户下单后的一段时间内,如果用户未支付,则自动取消订单。

定时检查订单的支付状态,并更新相应的订单信息。

  1. 重试和失败恢复机制:

当某个操作失败时,可以在延迟一段时间后自动重试,以提高成功率。

实现分布式锁的超时释放,避免死锁情况。

  1. 提醒和日程管理:

设置日程提醒,如会议、生日、纪念日等。

定时提醒用户完成任务或进行某项活动。

  1. 定时数据采集和上报:

定期从传感器、设备或外部系统中采集数据。

定时上报应用的使用情况、统计数据或用户行为分析。

Redis如何实现延迟任务?

Redis 本身并没有直接提供延迟任务的功能,但可以通过一些策略和手段,在 Redis 中手动实现延迟任务。

使用 Redis 实现延迟任务的主要手段有以下几个:

  1. 使用过期键的事件通知执行延时任务:开启过期键通知,当 Redis 中键值过期时触发时间,在事件中实现延迟代码,但因为 Redis 的 Key 过期时不会被及时删除,所以这个过期事件也不保证可以立即触发,所以此方式很少用来实现延迟任务(因为极其不稳定)。
  2. 使用 ZSet 执行延时任务:在 ZSet 中插入延迟执行时间和任务 ID,如下命令所示:
ZADD delay_tasks <timestamp> <task_id>

然后,启动一个后台线程或者定时任务,定期通过 ZRANGEBYSCORE 命令从有序集合中获取已到达执行时间的任务,即分数小于或等于当前时间的任务,进行执行即可实现延时任务。

  1. 使用 Redisson 执行延迟任务:在 Redisson 框架中,提供了一个 RDelayedQueue 用于实现延迟队列,使用简单方便,推荐使用。

具体实现如下。

1.过期键通知事件实现

Redis 提供了键空间通知功能,当某个键发生变化(过期)时,可以发送通知。你可以结合 EXPIRE 过期命令和键空间通知来实现延迟任务。

当为某个键设置过期时间时,一旦该键过期,Redis 会发送一个通知。你可以订阅这个通知,并在接收到通知时执行任务。但这种方法可能不够精确,且依赖于 Redis 的内部机制。

它的实现步骤是:

  1. 设置开启 Redis 过期键通知事件,可以通过执行“CONFIG SET notify-keyspace-events KEA”命令来动态开启键空间通知功能,而无需重启 Redis 服务器。
  2. 设置过期键,可以通过命令“SET mykey "myvalue" EX 3”设置某个 key 3 秒后过期(3s 后执行)。
  3. 编写一个监听程序来订阅 Redis 的键空间通知。这可以通过使用 Redis 的发布/订阅功能来实现,具体实现代码如下(以 Jedis 框架使用为例):
import redis.clients.jedis.Jedis;  
import redis.clients.jedis.JedisPubSub;  
  
public class RedisKeyspaceNotifier {  
  
    public static void main(String[] args) {  
        // 创建Jedis实例  
        Jedis jedis = new Jedis("localhost", 6379);  
  
        // 配置键空间通知(通常这一步在Redis配置文件中完成,但也可以在运行时配置)  
        jedis.configSet("notify-keyspace-events", "KEA");  
  
        // 订阅键空间通知  
        jedis.subscribe(new KeyspaceNotificationSubscriber(), "__keyevent@0__:expired");  
    }  
  
    static class KeyspaceNotificationSubscriber extends JedisPubSub {  
  
        @Override  
        public void onMessage(String channel, String message) {  
            System.out.println("Received message from channel: " + channel + ", message: " + message);  
            // 在这里处理接收到的键空间通知  
            // 例如,如果message是一个需要处理的任务ID,你可以在这里触发相应的任务处理逻辑  
        }  
  
        @Override  
        public void onSubscribe(String channel, int subscribedChannels) {  
            System.out.println("Subscribed to channel: " + channel);  
        }  
  
        @Override  
        public void onUnsubscribe(String channel, int subscribedChannels) {  
            System.out.println("Unsubscribed from channel: " + channel);  
        }  
    }  
}

但因为 Redis 的 Key 过期时不会被及时删除,Redis 采用的是惰性删除和定期删除,所以这个过期事件也不保证可以立即触发,所以此方式很少用来实现延迟任务(因为极其不稳定)。

2.使用ZSet实现延迟任务

可以将任务及其执行时间作为成员和分数存储在 ZSET 中,然后,使用一个后台任务(如定时任务或守护进程)定期检查 ZSET,查找分数(即执行时间)小于或等于当前时间的成员,并执行相应的任务。执行后,从 ZSET 中删除该成员,具体实现代码如下:

import redis.clients.jedis.Jedis;  
  
import java.util.Set;  
  
public class RedisDelayedTaskDemo {  
  
    private static final String ZSET_KEY = "delayed_tasks";  
    private static final String REDIS_HOST = "localhost";  
    private static final int REDIS_PORT = 6379;  
  
    public static void main(String[] args) {  
        Jedis jedis = new Jedis(REDIS_HOST, REDIS_PORT);  
  
        // 添加延迟任务  
        addDelayedTask(jedis, "task1", System.currentTimeMillis() / 1000 + 5); // 5秒后执行  
        addDelayedTask(jedis, "task2", System.currentTimeMillis() / 1000 + 10); // 10秒后执行  
  
        // 模拟定时任务检查器  
        new Thread(() -> {  
            while (true) {  
                try {  
                    // 检查并执行到期的任务  
                    checkAndExecuteTasks(jedis);  
                    Thread.sleep(1000); // 每秒检查一次  
                } catch (InterruptedException e) {  
                    e.printStackTrace();  
                }  
            }  
        }).start();  
    }  
  
    private static void addDelayedTask(Jedis jedis, String task, long executeTime) {  
        jedis.zadd(ZSET_KEY, executeTime, task);  
        System.out.println("Added task: " + task + " with execution time: " + executeTime);  
    }  
  
    private static void checkAndExecuteTasks(Jedis jedis) {  
        long currentTime = System.currentTimeMillis() / 1000;  
        Set<String> tasks = jedis.zrangeByScore(ZSET_KEY, 0, currentTime);  
  
        for (String task : tasks) {  
            jedis.zrem(ZSET_KEY, task); // 从有序集合中移除任务  
            executeTask(task); // 执行任务  
        }  
    }  
  
    private static void executeTask(String task) {  
        System.out.println("Executing task: " + task);  
        // 在这里添加实际的任务执行逻辑  
    }  
}

在这个示例中,我们首先使用 addDelayedTask 方法向 Redis 的有序集合中添加任务,并设置它们的执行时间。然后,我们启动一个线程来模拟定时任务检查器,它会每秒检查一次是否有任务到期,并执行到期的任务。

3.使用Redisson执行定时任务

在 Redisson 框架中,提供了一个 RDelayedQueue 用于实现延迟队列,使用简单方便,推荐使用,它的具体实现如下:

import org.redisson.Redisson;
import org.redisson.api.RDelayedQueue;
import org.redisson.api.RedissonClient;
import org.redisson.config.Config;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class RDelayedQueueDemo {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 创建 Redisson 客户端
        Config config = new Config();
        config.useSingleServer().setAddress("redis://127.0.0.1:6379");
        RedissonClient redisson = Redisson.create(config);

        // 获取延迟队列
        RDelayedQueue<String> delayedQueue = 
            redisson.getDelayedQueue("delayedQueue");

        // 添加延迟任务
        delayedQueue.offer("task1", 5, TimeUnit.SECONDS);

        // 监听并处理延迟任务
        Thread listenerThread = new Thread(() -> {
            while (true) {
                try {
                    // 通过 take 方法等待并获取到期的任务
                    String task = delayedQueue.take();
                    System.out.println("Handle task: " + task);
                } catch (InterruptedException e) {
                    break;
                }
            }
        });
        listenerThread.start();
    }
}

在上述示例中,我们首先创建了一个 Redisson 客户端,通过配置文件指定了使用单节点 Redis 服务器。然后,我们获取一个延迟队列 RDelayedQueue,并添加一个延迟任务,延迟时间为 5 秒,接着,我们通过线程监听并处理延迟队列中的任务。

4.Redis实现延迟任务优缺点分析

优点:

  1. 轻量级与高性能:Redis 是一个内存中的数据结构存储系统,因此读写速度非常快。将任务信息存储在 Redis 中可以迅速地进行存取操作。
  2. 简单易用:Redis 的 API 简洁明了,易于集成到现有的应用系统中。

缺点:

  1. 精度有限:Redis 的延迟任务依赖于系统的定时检查机制,而不是精确的定时器。这意味着任务的执行可能会有一定的延迟,特别是在系统负载较高或检查间隔较长的情况下。
  2. 功能有限:与专业的任务调度系统相比,Redis 提供的延迟任务功能可能相对简单。对于复杂的任务调度需求,如任务依赖、任务优先级等,可能需要额外的逻辑来实现。
  3. 稳定性较差:使用 Redis 实现延迟任务没有重试机制和 ACK 确认机制,所以稳定性比较差。
  4. 单点故障风险:如果没有正确配置 Redis 集群或主从复制,那么单个 Redis 实例的故障可能导致整个延迟任务系统的瘫痪。
责任编辑:武晓燕 来源: Java中文社群
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