Redis Stream 用做消息队列完美吗

Redis Stream 是 Redis 5.0 版本中引入的一种新的数据结构，用于实现消息传递的功能。

这篇文章，分享笔者学习 Redis Stream 的心得，希望对大家有所启发。

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1 基础知识

Redis Stream 的结构如下图所示，它是一个消息链表，将所有加入的消息都串起来，每个消息都有一个唯一的 ID 和对应的内容。

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每个 Redis Stream 都有唯一的名称 ，对应唯一的 Redis Key 。

同一个 Stream 可以挂载多个消费者组 ConsumerGroup  , 消费组不能自动创建，需要使用 XGROUP CREATE 命令创建。

每个消费组会有个游标 last_delivered_id，任意一个消费者读取了消息都会使游标 last_delivered_id 往前移动 ，标识当前消费组消费到哪条消息了。

消费组 ConsumerGroup 同样可以挂载多个消费者 Consumer ,  每个 Consumer 并行的读取消息，任意一个消费者读取了消息都会使游标 last_delivered_id 往前移动。

消费者内部有一个属性 pending_ids ， 记录了当前消费者读取但没有回复 ACK 的消息 ID 列表 。

细品 Redis stream 的设计，我们发现它和 Kafka 非常相似，比如说消费者组，消费进度偏移量等。

但内部实现差异还是很明显，Kafka 主要是利用了文件系统的特性，每一个主题下存在多个分区 partition，而消费者处理对应分区消息成功之后，消费者会 commit 消费进度到 Broker ，Broker 修改消费进度偏移量并持久化。

2 核心命令

01 XADD 向 Stream 末尾添加消息

使用 XADD 向队列添加消息，如果指定的队列不存在，则创建一个队列。基础语法格式：

XADD key ID field value [field value ...]

• key ：队列名称，如果不存在就创建
• ID ：消息 id，我们使用 * 表示由 redis 生成，可以自定义，但是要自己保证递增性。
• field value ：记录。

127.0.0.1:6379> XADD mystream * name1 value1 name2 value2
"1712473185388-0"
127.0.0.1:6379> XLEN mystream
(integer) 1
127.0.0.1:6379> XADD mystream * name2 value2 name3 value3
"1712473231761-0"

消息 ID 使用 * 表示由 redis 生成，同时也可以自定义，但是自定义时要保证递增性。

消息 ID 的格式：毫秒级时间戳 + 序号 , 例如：1712473185388-5 , 它表示当前消息在毫秒时间戳 1712473185388 产生 ，并且该毫秒内产生到了第5条消息。

在添加队列消息时，也可以指定队列的长度。

127.0.0.1:6379> XADD mystream MAXLEN 100 * name value1 age 30
"1713082205042-0"

使用  XADD 命令向 mystream 的 stream 中添加了一条消息，并且指定了最大长度为 100。消息的 ID 由 Redis 自动生成，消息包含两个字段 name 和 age，分别对应的值是 value1 和 30。

02 XRANGE 获取消息列表

使用 XRANGE 获取消息列表，会自动过滤已经删除的消息。语法格式：

XRANGE key start end [COUNT count]

• key ：队列名
• start ：开始值， - 表示最小值
• end ：结束值， + 表示最大值
• count ：数量

127.0.0.1:6379> XRANGE mystream - + COUNT 2
1) 1) "1712473185388-0"
   2) 1) "name1"
      2) "value1"
      3) "name2"
      4) "value2"
2) 1) "1712473231761-0"
   2) 1) "name2"
      2) "value2"
      3) "name3"
      4) "value3"

我们得到两条消息，第一层是消息 ID ，第二层是消息内容 ，消息内容是 Hash 数据结构 。

03 XREAD 以阻塞/非阻塞方式获取消息列表

使用 XREAD 以阻塞或非阻塞方式获取消息列表 ，语法格式：

XREAD [COUNT count] [BLOCK milliseconds] STREAMS key [key ...] id [id ...]

• count ：数量
• milliseconds ：可选，阻塞毫秒数，没有设置就是非阻塞模式
• key ：队列名
• id ：消息 ID

127.0.0.1:6379> XREAD streams mystream 0-0
1) 1) "mystream"
   2) 1) 1) "1712473185388-0"
         2) 1) "name1"
            2) "value1"
            3) "name2"
            4) "value2"
      2) 1) "1712473231761-0"
         2) 1) "name2"
            2) "value2"
            3) "name3"
            4) "value3"

XRED 读消息时分为阻塞和非阻塞模式，使用 BLOCK 选项可以表示阻塞模式，需要设置阻塞时长。非阻塞模式下，读取完毕（即使没有任何消息）立即返回，而在阻塞模式下，若读取不到内容，则阻塞等待。

127.0.0.1:6379> XREAD block 1000 streams mystream $
(nil)
(1.07s)

使用 Block 模式，配合 $ 作为 ID ，表示读取最新的消息，若没有消息，命令阻塞！等待过程中，其他客户端向队列追加消息，则会立即读取到。

因此，典型的队列就是 XADD 配合 XREAD Block 完成。XADD 负责生成消息，XREAD 负责消费消息。

04 XGROUP CREATE 创建消费者组

使用 XGROUP CREATE 创建消费者组，分两种情况：

• 从头开始消费:

XGROUP CREATE mystream consumer-group-name 0-0

• 从尾部开始消费:

XGROUP CREATE mystream consumer-group-name $

执行效果如下：

127.0.0.1:6379> XGROUP CREATE mystream mygroup 0-0
OK

05 XREADGROUP GROUP 读取消费组中的消息

使用 XREADGROUP GROUP 读取消费组中的消息，语法格式：

XREADGROUP GROUP group consumer [COUNT count] [BLOCK milliseconds] [NOACK] STREAMS key [key ...] ID [ID ...]

• group ：消费组名
• consumer ：消费者名。
• count ：读取数量。
• milliseconds ：阻塞毫秒数。
• key ：队列名。
• ID ：消息 ID。

127.0.0.1:6379>  XREADGROUP group mygroup consumerA count 1 streams mystream >
1) 1) "mystream"
   2) 1) 1) "1712473185388-0"
         2) 1) "name1"
            2) "value1"
            3) "name2"
            4) "value2"

消费者组 mygroup 中的消费者 consumerA ，从 名为 mystream 的 Stream 中读取消息。

• COUNT 1 表示一次最多读取一条消息
• > 表示消息的起始位置是当前可用消息的 ID，即从当前未读取的最早消息开始读取。

06 XACK 消息消费确认

接收到消息之后，我们要手动确认一下（ack），语法格式：

xack key group-key ID [ID ...]

127.0.0.1:6379> XACK mystream mygroup 1713089061658-0
(integer) 1

消费确认增加了消息的可靠性，一般在业务处理完成之后，需要执行 ack 确认消息已经被消费完成，整个流程的执行如下图所示：

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我们可以使用 xpending 命令查看消费者未确认的消息ID：

127.0.0.1:6379> xpending mystream mygroup
1) (integer) 1
2) "1713091227595-0"
3) "1713091227595-0"
4) 1) 1) "consumerA"
      2) "1"

07 XTRIM 限制 Stream 长度

我们使用 XTRIM 对流进行修剪，限制长度， 语法格式：

127.0.0.1:6379> XADD mystream * field1 A field2 B field3 C field4 D
"1712535017402-0"
127.0.0.1:6379> XTRIM mystream MAXLEN 2
(integer) 4
127.0.0.1:6379> XRANGE mystream - +
1) 1) "1712498239430-0"
   2) 1) "name"
      2) "zhangyogn"
2) 1) "1712535017402-0"
   2) 1) "field1"
      2) "A"
      3) "field2"
      4) "B"
      5) "field3"
      6) "C"
      7) "field4"
      8) "D"

通过学习这七个核心命令，笔者发现 Redis Stream 既支持简单的生产消费模型，也支持发布订阅模型。

3 SpringBoot Redis Stream 实战

演示代码地址：

https://github.com/makemyownlife/courage-cache-demo

1、添加 SpringBoot Redis 依赖

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>

2、yaml 文件配置

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3、RedisTemplate 配置

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4、定义stream监听器

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5、定义 StreamContainer 并启动

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6、发送消息

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执行完成之后，消费者就可以打印如下日志：

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通过实战流程，我们发现 SpringBoot 整合 Redis Stream 并不复杂，需要注意：定义注册信息时，需要确保 stream key 和消费者组已经创建好了。

4 Redis stream 用做消息队列完美吗

笔者认为 Redis stream 用于消息队列最大的进步在于：实现了发布订阅模型。

发布订阅模型具有如下特点：

• 消费独立相比队列模型的匿名消费方式，发布订阅模型中消费方都会具备的身份，一般叫做订阅组（订阅关系），不同订阅组之间相互独立不会相互影响。
• 一对多通信基于独立身份的设计，同一个主题内的消息可以被多个订阅组处理，每个订阅组都可以拿到全量消息。因此发布订阅模型可以实现一对多通信。

我们曾经诟病 Redis List 数据结构用做队列时，因为消费时没有 Ack 机制，应用异常挂掉导致消息偶发丢失的情况，Redis Stream 从设计角度来讲已经完美的解决了。

因为消费者内部有一个属性 pending_ids ， 记录了当前消费者读取但没有回复 ACK 的消息 ID 列表 。当消费者重新上线，这些消息可以重新被消费。

但 Redis stream 用做消息队列完美吗 ？

这个还真没有，原因在于 Redis 先天不足。

1、Redis 本身定位是内存数据库，它的设计之初都是为缓存准备的，并不具备消息堆积的能力。而专业消息队列一个非常重要的功能是数据中转枢纽，Redis 的定位很难满足，使用起来要非常小心。

2、Redis 的高可用方案可能丢失消息（AOF 持久化和主从复制都是异步 ），而专业消息队列可以针对不同的场景选择不同的高可用策略。也就说，专业消息队列的高可用方案依然有可能会丢失消息，但是它有完善的方案支持不丢失消息。

所以，笔者认为 Redis 非常适合轻量级消息队列解决方案，即：数据量可控  + 业务模型简单 + 消息堆积概率低 + 报警监控 。