引言

Redis 自 5.0 版本起引入了一種新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——Stream。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不僅增加了 Redis 的數(shù)據(jù)處理能力，還使其在消息隊(duì)列和數(shù)據(jù)流處理方面更具競(jìng)爭(zhēng)力。Stream 提供了持久化、多播、消費(fèi)組等功能，可以滿足多種復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理需求。

1. Redis Stream 概述

Stream 是 Redis 5.0 引入的一種新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，類(lèi)似于 Kafka 的設(shè)計(jì)。它是一個(gè)強(qiáng)大的支持多播的可持久化消息隊(duì)列，適用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和消息傳遞。

基本結(jié)構(gòu)

Stream 由消息鏈表組成，每個(gè)消息都有一個(gè)唯一的 ID 和對(duì)應(yīng)的內(nèi)容。消息 ID 是由時(shí)間戳和序號(hào)組成的，例如?1527846880572-5，表示在時(shí)間戳?1527846880572?時(shí)生成的第 5 條消息。每個(gè) Stream 在 Redis 中被存儲(chǔ)為一個(gè)鍵值對(duì)，其中鍵是 Stream 的名稱(chēng)，值是消息鏈表。

持久化

Stream 支持持久化，這意味著即使 Redis 服務(wù)器重啟，Stream 中的消息仍然會(huì)保留。這通過(guò) Redis 的持久化機(jī)制 RDB（快照）和 AOF（日志）實(shí)現(xiàn)，確保數(shù)據(jù)的高可用性和可靠性。

多播支持

Stream 支持多個(gè)消費(fèi)組（Consumer Group），每個(gè)消費(fèi)組可以有多個(gè)消費(fèi)者（Consumer）。消費(fèi)組通過(guò)?XGROUP CREATE?命令創(chuàng)建，每個(gè)消費(fèi)組都有一個(gè)獨(dú)立的游標(biāo)?last_delivered_id，記錄已消費(fèi)的最后一條消息。多個(gè)消費(fèi)者之間是競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，即同一個(gè)消費(fèi)組內(nèi)的多個(gè)消費(fèi)者會(huì)爭(zhēng)奪消息的處理權(quán)。

2. Stream 的基本操作命令

生產(chǎn)端命令

1. XADD：XADD?命令用于向 Stream 追加消息?？梢灾付ㄏ⒌?ID，或使用?*?讓 Redis 自動(dòng)生成 ID。消息內(nèi)容是鍵值對(duì)形式。

2. XDEL：XDEL?命令用于刪除 Stream 中的消息。它并不會(huì)立即刪除消息，而是標(biāo)記為刪除狀態(tài)。

3. XRANGE：XRANGE?命令用于獲取 Stream 中指定范圍的消息?？梢酝ㄟ^(guò)起始 ID 和結(jié)束 ID 指定范圍，-?表示最小值，+?表示最大值。

4. XLEN：XLEN?命令用于獲取 Stream 的長(zhǎng)度，即消息數(shù)量。

消費(fèi)端命令

1. XREAD：XREAD?命令用于讀取消息，可以阻塞等待新消息，適用于單消費(fèi)者模式。

2. XGROUP：XGROUP?命令用于管理消費(fèi)組?？梢詣?chuàng)建、刪除消費(fèi)組，或刪除消費(fèi)組中的消費(fèi)者。

3. XREADGROUP：XREADGROUP?命令用于讀取消費(fèi)組的消息。可以指定消費(fèi)組和消費(fèi)者，并阻塞等待新消息。

4. XACK：XACK?命令用于確認(rèn)消息已被處理，防止消息重復(fù)處理。

3. Redis 隊(duì)列幾種實(shí)現(xiàn)總結(jié)

基于 List 的 LPUSH+BRPOP 實(shí)現(xiàn)

這種實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)單高效，通過(guò)?LPUSH?添加消息，BRPOP?阻塞讀取消息。然而，需要處理空閑連接問(wèn)題，因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間阻塞的連接會(huì)被服務(wù)器斷開(kāi)。此外，ACK 機(jī)制較為麻煩，無(wú)法保證消息處理成功。

基于 Sorted-Set 的實(shí)現(xiàn)

這種實(shí)現(xiàn)方式常用于延遲隊(duì)列，通過(guò)?ZADD?添加帶有分?jǐn)?shù)的消息，ZRANGEBYSCORE?獲取消息。然而，無(wú)法阻塞獲取消息，需要輪詢操作，效率較低。

PUB/SUB，訂閱/發(fā)布模式

這種實(shí)現(xiàn)方式適合即時(shí)通訊，通過(guò)?PUBLISH?發(fā)布消息，SUBSCRIBE?訂閱消息。優(yōu)點(diǎn)是廣播模式，一個(gè)消息可以同時(shí)發(fā)送給多個(gè)消費(fèi)者。缺點(diǎn)是消息不可持久化，消費(fèi)者離線期間的消息會(huì)丟失。

基于 Stream 類(lèi)型的實(shí)現(xiàn)

這種實(shí)現(xiàn)方式類(lèi)似消息中間件，適用于中小項(xiàng)目。通過(guò)?XADD?添加消息，XREAD?或?XREADGROUP?讀取消息。Stream 支持消費(fèi)組和持久化，具備較高的可靠性。然而，需要管理和監(jiān)控，確保消息處理的順利進(jìn)行。

4. 消息隊(duì)列問(wèn)題

Stream 消息太多

當(dāng) Stream 中的消息過(guò)多時(shí)，可以通過(guò)?XADD?命令的?MAXLEN?參數(shù)設(shè)置 Stream 的最大長(zhǎng)度，自動(dòng)刪除舊消息，防止內(nèi)存占用過(guò)大。

消息未 ACK

如果消費(fèi)者未及時(shí)確認(rèn)消息，會(huì)導(dǎo)致?pending_ids?列表增長(zhǎng)，占用內(nèi)存。應(yīng)盡快使用?XACK?命令確認(rèn)消息，減少?pending_ids?列表的長(zhǎng)度。

PEL 防丟失

如果客戶端在讀取消息后斷開(kāi)連接，未確認(rèn)的消息會(huì)保留在?pending_ids?列表中?？蛻舳酥匦逻B接后，可以繼續(xù)讀取這些消息，防止消息丟失。

死信問(wèn)題

當(dāng)某條消息長(zhǎng)期未被處理時(shí)，可以通過(guò)?XPENDING?命令查看消息的處理狀態(tài)，設(shè)定消息處理的臨界值。達(dá)到臨界值后，可以將該消息標(biāo)記為死信（Dead Letter），通過(guò)?XDEL?命令刪除。

Stream 高可用

Stream 的高可用性基于 Redis 的主從復(fù)制機(jī)制。通過(guò) Sentinel 或 Cluster 集群環(huán)境，Stream 可以實(shí)現(xiàn)高可用。然而，在故障轉(zhuǎn)移時(shí)，可能會(huì)丟失少量數(shù)據(jù)。

分區(qū) Partition

Redis 服務(wù)器本身不支持原生分區(qū)功能。如果需要分區(qū)，可以在客戶端實(shí)現(xiàn)，使用不同的 Stream 名稱(chēng)，將消息分片存儲(chǔ)在不同的 Stream 中，實(shí)現(xiàn)水平擴(kuò)展。

5. 使用場(chǎng)景

日志收集系統(tǒng)

在分布式系統(tǒng)中，日志收集是一個(gè)常見(jiàn)需求?？梢允褂?Redis Stream 實(shí)現(xiàn)一個(gè)高效的日志收集系統(tǒng)，將各個(gè)服務(wù)的日志通過(guò) Stream 傳遞到日志處理服務(wù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)日志收集和分析。

實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)

實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)需要對(duì)大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理?？梢允褂?Redis Stream 構(gòu)建一個(gè)高性能的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)將數(shù)據(jù)發(fā)送到 Stream，監(jiān)控中心從 Stream 中讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和展示，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

消息隊(duì)列服務(wù)

在分布式微服務(wù)架構(gòu)中，各個(gè)服務(wù)之間的通信可以通過(guò)消息隊(duì)列實(shí)現(xiàn)。Redis Stream 可以作為消息隊(duì)列服務(wù)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)之間的消息傳遞和處理，確保消息的可靠傳遞和高效處理。

6. 與其他消息隊(duì)列的對(duì)比

與 Kafka 的對(duì)比

• 設(shè)計(jì)理念：Kafka 是一個(gè)分布式流處理平臺(tái)，適用于大規(guī)模數(shù)據(jù)流處理和持久化；Stream 則更輕量，適合中小規(guī)模的消息隊(duì)列和數(shù)據(jù)流處理。
• 持久化：Kafka 的消息持久化設(shè)計(jì)更為復(fù)雜和可靠，適用于高可用性要求高的場(chǎng)景；Stream 的持久化通過(guò) RDB 和 AOF 實(shí)現(xiàn)，相對(duì)簡(jiǎn)單。
• 分區(qū)：Kafka 支持分區(qū)，可以水平擴(kuò)展；Stream 不支持分區(qū)，需要通過(guò)客戶端實(shí)現(xiàn)分片。

與 RabbitMQ 的對(duì)比

• 協(xié)議支持：RabbitMQ 支持多種協(xié)議（如 AMQP、MQTT），適用范圍更廣；Stream 僅支持 Redis 協(xié)議。
• 持久化：RabbitMQ 的持久化機(jī)制更為靈活和可靠；Stream 的持久化通過(guò) Redis 實(shí)現(xiàn)，性能和可靠性略遜。
• 功能特性：RabbitMQ 提供豐富的消息路由、優(yōu)先級(jí)隊(duì)列等特性；Stream 則更為簡(jiǎn)單和高效，適合基本的消息隊(duì)列需求。

7. 實(shí)踐案例

日志收集系統(tǒng)

在一個(gè)分布式系統(tǒng)中，日志收集是一個(gè)常見(jiàn)需求。可以使用 Redis Stream 實(shí)現(xiàn)一個(gè)高效的日志收集系統(tǒng)，將各個(gè)服務(wù)的日志通過(guò) Stream 傳遞到日志處理服務(wù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)日志收集和分析。

實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)

實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)需要對(duì)大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理，可以使用 Redis Stream 構(gòu)建一個(gè)高性能的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)將數(shù)據(jù)發(fā)送到 Stream，監(jiān)控中心從 Stream 中讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和展示，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

消息隊(duì)列服務(wù)

在一個(gè)分布式微服務(wù)架構(gòu)中，各個(gè)服務(wù)之間的通信可以通過(guò)消息隊(duì)列實(shí)現(xiàn)。Redis Stream 可以作為消息隊(duì)列服務(wù)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)之間的消息傳遞和處理，確保消息的可靠傳遞和高效處理。

8. 結(jié)論

Redis Stream 是 Redis 5.0 引入的一種強(qiáng)大的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，具備持久化、多播、消費(fèi)組等特性，適用于日志收集、實(shí)時(shí)監(jiān)控、消息隊(duì)列等場(chǎng)景。Stream 提供了靈活的消息處理能力，可以滿足復(fù)雜的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理需求。通過(guò)對(duì) Stream 的詳細(xì)介紹和

操作演示，可以看到 Stream 在復(fù)雜數(shù)據(jù)流處理和消息傳遞中的強(qiáng)大功能。相比其他消息隊(duì)列，Stream 更為輕量和高效，適合中小規(guī)模的應(yīng)用場(chǎng)景。希望本文能夠幫助讀者深入理解和應(yīng)用 Redis Stream，為實(shí)際項(xiàng)目提供有力支持。