詳細介紹Spring Boot + RabbitMQ實現延遲隊列

背景

何爲延遲隊列？

顧名思義，延遲隊列就是進入該隊列的消息會被延遲消費的隊列。而通常的隊列，消息一旦入隊了以後就會被消費者立刻消費。

延遲隊列能作什麼？

延遲隊列多用於須要延遲工做的場景。最多見的是如下兩種場景：

1. 延遲消費。好比：
   • 用戶生成訂單以後，須要過一段時間校驗訂單的支付狀態，若是訂單仍未支付則須要及時地關閉訂單。
   • 用戶註冊成功以後，須要過一段時間好比一週後校驗用戶的使用狀況，若是發現用戶活躍度較低，則發送郵件或者短信來提醒用戶使用。
2. 延遲重試。好比消費者從隊列裏消費消息時失敗了，可是想要延遲一段時間後自動重試。

若是不使用延遲隊列，那麼咱們只能經過一個輪詢掃描程序去完成。這種方案既不優雅，也不方便作成統一的服務便於開發人員使用。可是使用延遲隊列的話，咱們就能夠垂手可得地完成。

如何實現？

別急，在下文中，咱們將詳細介紹如何利用Spring Boot加RabbitMQ來實現延遲隊列。

本文出現的示例代碼都已push到Github倉庫中：github.com/Lovelcp/blo…

實現思路

在介紹具體的實現思路以前，咱們先來介紹一下RabbitMQ的兩個特性，一個是Time-To-Live Extensions，另外一個是Dead Letter Exchanges。

Time-To-Live Extensions

RabbitMQ容許咱們爲消息或者隊列設置TTL（time to live），也就是過時時間。TTL代表了一條消息可在隊列中存活的最大時間，單位爲毫秒。也就是說，當某條消息被設置了TTL或者當某條消息進入了設置了TTL的隊列時，這條消息會在通過TTL秒後「死亡」，成爲Dead Letter。若是既配置了消息的TTL，又配置了隊列的TTL，那麼較小的那個值會被取用。更多資料請查閱官方文檔。

Dead Letter Exchange

剛纔提到了，被設置了TTL的消息在過時後會成爲Dead Letter。其實在RabbitMQ中，一共有三種消息的「死亡」形式：

1. 消息被拒絕。經過調用basic.reject或者basic.nack而且設置的requeue參數爲false。
2. 消息由於設置了TTL而過時。
3. 消息進入了一條已經達到最大長度的隊列。

若是隊列設置了Dead Letter Exchange（DLX），那麼這些Dead Letter就會被從新publish到Dead Letter Exchange，經過Dead Letter Exchange路由到其餘隊列。更多資料請查閱官方文檔。

流程圖

聰明的你確定已經想到了，如何將RabbitMQ的TTL和DLX特性結合在一塊兒，實現一個延遲隊列。

針對於上述的延遲隊列的兩個場景，咱們分別有如下兩種流程圖：

延遲消費

延遲消費是延遲隊列最爲經常使用的使用模式。以下圖所示，生產者產生的消息首先會進入緩衝隊列（圖中紅色隊列）。經過RabbitMQ提供的TTL擴展，這些消息會被設置過時時間，也就是延遲消費的時間。等消息過時以後，這些消息會經過配置好的DLX轉發到實際消費隊列（圖中藍色隊列），以此達到延遲消費的效果。

延遲重試

延遲重試本質上也是延遲消費的一種，可是這種模式的結構與普通的延遲消費的流程圖較爲不一樣，因此單獨拎出來介紹。

以下圖所示，消費者發現該消息處理出現了異常，好比是由於網絡波動引發的異常。那麼若是不等待一段時間，直接就重試的話，極可能會致使在這期間內一直沒法成功，形成必定的資源浪費。那麼咱們能夠將其先放在緩衝隊列中（圖中紅色隊列），等消息通過一段的延遲時間後再次進入實際消費隊列中（圖中藍色隊列），此時因爲已通過了「較長」的時間了，異常的一些波動一般已經恢復，這些消息能夠被正常地消費。

代碼實現

接下來咱們將介紹如何在Spring Boot中實現基於RabbitMQ的延遲隊列。咱們假設讀者已經擁有了Spring Boot與RabbitMQ的基本知識。若是想快速瞭解Spring Boot的相關基礎知識，能夠參考我以前寫的一篇文章。

初始化工程

首先咱們在Intellij中建立一個Spring Boot工程，而且添加spring-boot-starter-amqp擴展。

配置隊列

從上述的流程圖中咱們能夠看到，一個延遲隊列的實現，須要一個緩衝隊列以及一個實際的消費隊列。又因爲在RabbitMQ中，咱們擁有兩種消息過時的配置方式，因此在代碼中，咱們一共配置了三條隊列：

• delay_queue_per_message_ttl：TTL配置在消息上的緩衝隊列。
• delay_queue_per_queue_ttl：TTL配置在隊列上的緩衝隊列。
• delay_process_queue：實際消費隊列。

咱們經過Java Config的方式將上述的隊列配置爲Bean。因爲咱們添加了spring-boot-starter-amqp擴展，Spring Boot在啓動時會根據咱們的配置自動建立這些隊列。爲了方便接下來的測試，咱們將delay_queue_per_message_ttl以及delay_queue_per_queue_ttl的DLX配置爲同一個，且過時的消息都會經過DLX轉發到delay_process_queue。

delay_queue_per_message_ttl

首先介紹delay_queue_per_message_ttl的配置代碼：

@Bean
Queue delayQueuePerMessageTTL() {
    return QueueBuilder.durable(DELAY_QUEUE_PER_MESSAGE_TTL_NAME)
                       .withArgument("x-dead-letter-exchange", DELAY_EXCHANGE_NAME) // DLX，dead letter發送到的exchange
                       .withArgument("x-dead-letter-routing-key", DELAY_PROCESS_QUEUE_NAME) // dead letter攜帶的routing key
                       .build();
}複製代碼

其中，x-dead-letter-exchange聲明瞭隊列裏的死信轉發到的DLX名稱，x-dead-letter-routing-key聲明瞭這些死信在轉發時攜帶的routing-key名稱。

delay_queue_per_queue_ttl

相似地，delay_queue_per_queue_ttl的配置代碼：

@Bean
Queue delayQueuePerQueueTTL() {
    return QueueBuilder.durable(DELAY_QUEUE_PER_QUEUE_TTL_NAME)
                       .withArgument("x-dead-letter-exchange", DELAY_EXCHANGE_NAME) // DLX
                       .withArgument("x-dead-letter-routing-key", DELAY_PROCESS_QUEUE_NAME) // dead letter攜帶的routing key
                       .withArgument("x-message-ttl", QUEUE_EXPIRATION) // 設置隊列的過時時間
                       .build();
}複製代碼

delay_queue_per_queue_ttl隊列的配置比delay_queue_per_message_ttl隊列的配置多了一個x-message-ttl，該配置用來設置隊列的過時時間。

delay_process_queue

delay_process_queue的配置最爲簡單：

@Bean
Queue delayProcessQueue() {
    return QueueBuilder.durable(DELAY_PROCESS_QUEUE_NAME)
                       .build();
}複製代碼

配置Exchange

配置DLX

首先，咱們須要配置DLX，代碼以下：

@Bean
DirectExchange delayExchange() {
    return new DirectExchange(DELAY_EXCHANGE_NAME);
}複製代碼

而後再將該DLX綁定到實際消費隊列即delay_process_queue上。這樣全部的死信都會經過DLX被轉發到delay_process_queue：

@Bean
Binding dlxBinding(Queue delayProcessQueue, DirectExchange delayExchange) {
    return BindingBuilder.bind(delayProcessQueue)
                         .to(delayExchange)
                         .with(DELAY_PROCESS_QUEUE_NAME);
}複製代碼

配置延遲重試所需的Exchange

從延遲重試的流程圖中咱們能夠看到，消息處理失敗以後，咱們須要將消息轉發到緩衝隊列，因此緩衝隊列也須要綁定一個Exchange。在本例中，咱們將delay_process_per_queue_ttl做爲延遲重試裏的緩衝隊列。具體代碼是如何配置的，這裏就不贅述了，你們能夠查閱我Github中的代碼。

定義消費者

咱們建立一個最簡單的消費者ProcessReceiver，這個消費者監聽delay_process_queue隊列，對於接受到的消息，他會：

• 若是消息裏的消息體不等於FAIL_MESSAGE，那麼他會輸出消息體。
• 若是消息裏的消息體剛好是FAIL_MESSAGE，那麼他會模擬拋出異常，而後將該消息重定向到緩衝隊列（對應延遲重試場景）。

另外，咱們還須要新建一個監聽容器用於存放消費者，代碼以下：

@Bean
SimpleMessageListenerContainer processContainer(ConnectionFactory connectionFactory, ProcessReceiver processReceiver) {
    SimpleMessageListenerContainer container = new SimpleMessageListenerContainer();
    container.setConnectionFactory(connectionFactory);
    container.setQueueNames(DELAY_PROCESS_QUEUE_NAME); // 監聽delay_process_queue
    container.setMessageListener(new MessageListenerAdapter(processReceiver));
    return container;
}複製代碼

至此，咱們前置的配置代碼已經所有編寫完成，接下來咱們須要編寫測試用例來測試咱們的延遲隊列。

編寫測試用例

延遲消費場景

首先咱們編寫用於測試TTL設置在消息上的測試代碼。

咱們藉助spring-rabbit包下提供的RabbitTemplate類來發送消息。因爲咱們添加了spring-boot-starter-amqp擴展，Spring Boot會在初始化時自動地將RabbitTemplate當成bean加載到容器中。

解決了消息的發送問題，那麼又該如何爲每一個消息設置TTL呢？這裏咱們須要藉助MessagePostProcessor。MessagePostProcessor一般用來設置消息的Header以及消息的屬性。咱們新建一個ExpirationMessagePostProcessor類來負責設置消息的TTL屬性：

/** * 設置消息的失效時間 */
public class ExpirationMessagePostProcessor implements MessagePostProcessor {
    private final Long ttl; // 毫秒

    public ExpirationMessagePostProcessor(Long ttl) {
        this.ttl = ttl;
    }

    @Override
    public Message postProcessMessage(Message message) throws AmqpException {
        message.getMessageProperties()
               .setExpiration(ttl.toString()); // 設置per-message的失效時間
        return message;
    }
}複製代碼

而後在調用RabbitTemplate的convertAndSend方法時，傳入ExpirationMessagePostPorcessor便可。咱們向緩衝隊列中發送3條消息，過時時間依次爲1秒，2秒和3秒。具體的代碼以下所示：

@Test
public void testDelayQueuePerMessageTTL() throws InterruptedException {
    ProcessReceiver.latch = new CountDownLatch(3);
    for (int i = 1; i <= 3; i++) {
        long expiration = i * 1000;
        rabbitTemplate.convertAndSend(QueueConfig.DELAY_QUEUE_PER_MESSAGE_TTL_NAME,
                (Object) ("Message From delay_queue_per_message_ttl with expiration " + expiration), new ExpirationMessagePostProcessor(expiration));
    }
    ProcessReceiver.latch.await();
}複製代碼

細心的朋友必定會問，爲何要在代碼中加一個CountDownLatch呢？這是由於若是沒有latch阻塞住測試方法的話，測試用例會直接結束，程序退出，咱們就看不到消息被延遲消費的表現了。

那麼相似地，測試TTL設置在隊列上的代碼以下：

@Test
public void testDelayQueuePerQueueTTL() throws InterruptedException {
    ProcessReceiver.latch = new CountDownLatch(3);
    for (int i = 1; i <= 3; i++) {
        rabbitTemplate.convertAndSend(QueueConfig.DELAY_QUEUE_PER_QUEUE_TTL_NAME,
                "Message From delay_queue_per_queue_ttl with expiration " + QueueConfig.QUEUE_EXPIRATION);
    }
    ProcessReceiver.latch.await();
}複製代碼

咱們向緩衝隊列中發送3條消息。理論上這3條消息會在4秒後同時過時。

延遲重試場景

咱們一樣還需測試延遲重試場景。

@Test
public void testFailMessage() throws InterruptedException {
    ProcessReceiver.latch = new CountDownLatch(6);
    for (int i = 1; i <= 3; i++) {
        rabbitTemplate.convertAndSend(QueueConfig.DELAY_PROCESS_QUEUE_NAME, ProcessReceiver.FAIL_MESSAGE);
    }
    ProcessReceiver.latch.await();
}複製代碼

咱們向delay_process_queue發送3條會觸發FAIL的消息，理論上這3條消息會在4秒後自動重試。

查看測試結果

延遲消費場景

延遲消費的場景測試咱們分爲了TTL設置在消息上和TTL設置在隊列上兩種。首先，咱們先看一下TTL設置在消息上的測試結果：

從上圖中咱們能夠看到，ProcessReceiver分別通過1秒、2秒、3秒收到消息。測試結果代表消息不只被延遲消費了，並且每條消息的延遲時間是能夠被個性化設置的。TTL設置在消息上的延遲消費場景測試成功。
而後，TTL設置在隊列上的測試結果以下圖：

從上圖中咱們能夠看到，ProcessReceiver通過了4秒的延遲以後，同時收到了3條消息。測試結果代表消息不只被延遲消費了，同時也證實了當TTL設置在隊列上的時候，消息的過時時間是固定的。TTL設置在隊列上的延遲消費場景測試成功。

延遲重試場景

接下來，咱們再來看一下延遲重試的測試結果：

ProcessReceiver首先收到了3條會觸發FAIL的消息，而後將其移動到緩衝隊列以後，過了4秒，又收到了剛纔的那3條消息。延遲重試場景測試成功。

總結

本文首先介紹了延遲隊列的概念以及用途，而且經過代碼詳細講解了如何經過Spring Boot和RabbitMQ實現一個延遲隊列。但願本文可以對你們平時的學習和工做能有所啓發和幫助。有什麼意見或者問題歡迎在評論下方留言，謝謝！

本文首發於kissyu.org/2017/11/18/…
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