7.延时消息与原理探究

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4.3 延时消息

延迟消息对应的Topic是SCHEDULETOPICXXXX,注意就是SCHEDULETOPICXXXX,XXXX不是某某某的意思。

SCHEDULETOPICXXXX的队列名称是从2开始到17，对应的delayLevel为3到18，3对应10s，18对应2h，在类MessageStoreConfig中这样定义延时时间：

String messageDelayLevel = "1s 5s 10s 30s 1m 2m 3m 4m 5m 6m 7m 8m 9m 10m 20m 30m 1h 2h"。

SCHEDULETOPICXXXX这个topic只对内部使用，对于consumer只能消费到自己所在的消费者组的重试topic的数据。

比如A是OrderConsumer组的一个消费者,OrderConsumer消费的主题Topic是Order。

那么消费者A在启动的时候,会订阅Order主题的同时,还会订阅%RETRY%_OrderConsumer。

即订阅Order主题的同时,还会订阅%RETRY%+消费者组的主题。

consumer消费失败的消息发回broker后总是先写到SCHEDULETOPICXXXX里面，然后schedule service在延迟时间到了以后会读取SCHEDULETOPICXXXX里面的数据然后重新发回到重试主题，consumer订阅了重试主题,所以会重新消费失败的数据，这样就完成了一个循环。

发送到重试消费Topic 是%RETRY% + 消费组名 注意是消费组名 我们思考一下为什么是消费者组名？ A消费者组消费成功 B消费者组消费失败 如果发回原topic就有问题了,A又会消费一次

rocketmq 先将不同延时等级的消息存入内部对应延时队列中，然后不断的从延时队列中拉取消息判断是否到期，然后进行投递到对应的topic中。

从这个过程也能看到，一个消费失败的消息体每次发回broker需要在commitLog里面存储两份。

topic为SCHEDULETOPICXXXX的一份这个主要是为schedule service控制延时用的。

topic为%RETRY%groupName的一份。

通过固定延时等级的方式，同一个队列中的消息都是相同的延时等级，不需要对消息进行排序，只需要按顺序拉取消息判断是否可以投递就行了。但也限制了延时时间。

另外，因为只要延时消息存入延时队列中，就会写入commitlog文件中，然后rocketmq的高可用(同步复制或异步复制)就会将消息复制到slave中，从而保证延时消息的可靠性。

虽然rocketmq不支持任意延时时间，但相比于rabbitmq的死信消息，仍然提供了18个延时等级，基本也能覆盖很多场景了。

比如电商里，提交了一个订单就可以发送一个延时消息，1h后去检查这个订单的状态，如果还是未付款就取消订单释放库存。

Apache RocketMQ 目前只支持固定精度的定时消息，因为如果要支持任意的时间精度，在 Broker 层面，必须要做消息排序，如果再涉及到持久化， 那么消息排序要不可避免的产生巨大性能开销。

阿里云 RocketMQ 提供了任意时刻的定时消息功能，Apache 的 RocketMQ 并没有,阿里并没有开源 发送延时消息时需要设定一个延时时间长度，消息将从当前发送时间点开始延迟固定时间之后才开始投递。

延迟消息是根据延迟队列的 level 来的，延迟队列默认是 msg.setDelayTimeLevel(5) 代表延迟一分钟 "1s 5s 10s 30s 1m 2m 3m 4m 5m 6m 7m 8m 9m 10m 20m 30m 1h 2h" 是这 18 个等级(秒(s)、分(m)、小时(h))，level 为 1，表示延迟 1 秒后消费，level 为 5 表示延迟 1 分钟后消费，level 为 18 表示延迟 2 个 小时消费。

生产消息跟普通的生产消息类似，只需要在消息上设置延迟队列的level即可。消费消息跟普通的消费消息一致。

固定Level的含义是延迟是特定级别的，比如支持3秒、5秒的Level，那么用户只能发送3秒延迟或者5秒延迟，不能发送8秒延迟的消息。

消息队列RocketMQ的阿里云版本(收费版本)才支持到精确到秒级别的延迟消息(没有特定Level的限制)。

开源版本没有支持任意延迟的消息，我想可能有以下几个原因：

1. 任意延迟的消息的需求不强烈
2. 可能是一个比较有技术含量的点，不愿意开源

需求不强

对支持任意延迟的需求确实不强，因为:

1. 延迟并不是MQ场景的核心功能，业务单独做一个替代方案的成本不大
2. 业务上一般对延迟的需求都是固定的，比如下单后半小时check是否付款，发货后7天check是否收货

在我司，MQ上线一年多后才有业务方希望我能支持延迟消息，且不要求任意延迟，只要求和RocketMQ开源版本一致，支持一些业务上的级别即可。

不愿意开源

为了差异化(好云上卖钱)，只能将开源版本的功能进行阉割，所以开源版本的RocketMQ变成了只支持特定Level的延迟。

既然业务有需求，我们肯定也要去支持。

任意延迟的消息难点在哪里？

首先，我们先划清楚定义和边界：在我们的系统范围内，支持任意延迟的消息指的是：

1. 精度支持到秒级别
2. 最大支持30天的延迟

本着对自己的高要求，我们并不满足于开源RocketMQ的18个Level的方案。那么，如果我们自己要去实现一个支持任意延迟的消息队列，难点在排序和消息存储。

消息要在服务端排序

任意延迟意味消息要在服务端排序

比如用户先发了一条延迟1分钟的消息，一秒后发了一条延迟3秒的消息，显然延迟3秒的消息需要先被投递出去。

那么服务端在收到消息后需要对消息进行排序后再投递出去。在MQ中，为了保证可靠性，消息是需要落盘的，且对性能和延

迟的要求，决定了在服务端对消息进行排序是完全不可接受的。

消息存储量太大

其次，目前MQ的方案中都是基于Write Ahead Log的方式实现的(RocketMQ、Kafka)，日志文件会被过期删除，一般会保留最近一段时间的数据。

支持任意级别的延迟，那么需要保存最近30天的消息。阿里内部 1000+ 核心应用使用，每天流转几千亿条消息，经过双11交易、商品等核心链路真实场景的验证，稳定可靠。

考虑一下一天几千亿的消息，保存30天的话需要堆多少服务器，显然是无法做到的。

开源版本延迟消息如何做的？

虽然决定自己做，但是依旧需要先了解开源的实现，那么就只能看看RocketMQ开源版本中，支持18个Level是怎么实现的，希望能从中得到一些灵感。

上图是通过RocketMQ源码分析后简化一个实现原理方案示意图。

消息写入

1. 在写入CommitLog之前，如果是延迟消息，替换掉消息的Topic和queueId(被替换为延迟消息特定的Topic，queueId则为延迟级别对应的id)

2. 消息写入CommitLog之后，提交dispatchRequest到DispatchService

3. 因为在第①步中Topic和QueueId被替换了，所以写入的ConsumeQueue实际上非真正消息应该所属的ConsumeQueue，而是写入到ScheduledConsumeQueue中(这个特定的Queue存放不会被消费)

Schedule过程中：

private String levelString = "1s 5s 10s 30s 1m 2m 3m 4m 5m 6m 7m 8m 9m 10m 20m 30m 1h 2h"; String[] levelArray = levelString.split(" "); for (int i = 0; i < levelArray.length; i++) { this.delayLevelTable.put(level, delayTimeMillis); }

每个level分配1个定时器，扫描所有延迟级别里面的延迟消息message。

如果存在延时消息。

如果当前消息不到消费的时间，则在countdown毫秒后再执行任务。countdown是消息消费的时间-当前时间now。

如果当前消息到消费的时间，根据消息的物理偏移量和大小获取消息。把延迟消息message，发送到真正的topic对应的某个队列。

RocketMQ延迟消息的代码实战及原理分析 - 万猫学社 - 博客园 (cnblogs.com)

回顾一下这个方案，最大的优点就是没有了排序：

• 先发一条level是5s的消息，再发一条level是3s的消息，因为他们会属于不同的ScheduleQueue所以投递顺序能保持正确
• 如果先后发两条level相同的消息，那么他们的处于同一个ConsumeQueue且保持发送顺序
• 因为level数固定，每个level的有自己独立的定时器，开销也不会很大
• ScheduledConsumeQueue其实是一个普通的ConsumeQueue，所以可靠性等都可以按照原系统的M-S结构等得到保障

但是这个方案也有一些问题：

• 固定了Level，不够灵活，最多只能支持18个Level
• 业务是会变的，但是Level需要提前划分，不支持修改
• 如果要支持30天的延迟，CommitLog的量会很大，这块怎么处理没有看到

时间轮:TimeWheel

总结RocketMQ的方案，通过划分Level的方式，将排序操作转换为了O(1)的ConsumeQueue 的append操作。

我们去支持任意延迟的消息，必然也需要通过类似的方式避免掉排序。

此时我们想到了TimeWheel：Netty中也是用TimeWheel来优化I/O超时的操作。

4.3.1 启动消息消费者

java public class ScheduledMessageConsumer { public static void main(String[] args) throws Exception { // 实例化消费者 DefaultMQPushConsumer consumer = new DefaultMQPushConsumer("ExampleConsumer"); // 订阅Topics consumer.subscribe("TestTopic", "*"); // 注册消息监听者 consumer.registerMessageListener(new MessageListenerConcurrently() { @Override public ConsumeConcurrentlyStatus consumeMessage(List messages, ConsumeConcurrentlyContext context) { for (MessageExt message : messages) { // Print approximate delay time period System.out.println("Receive message[msgId=" + message.getMsgId() + "] " + (System.currentTimeMillis() - message.getStoreTimestamp()) + "ms later"); } return ConsumeConcurrentlyStatus.CONSUME_SUCCESS; } }); // 启动消费者 consumer.start(); } }

4.3.2 发送延时消息

java public class ScheduledMessageProducer {   public static void main(String[] args) throws Exception {      // 实例化一个生产者来产生延时消息      DefaultMQProducer producer = new DefaultMQProducer("ExampleProducerGroup");      // 启动生产者      producer.start();      int totalMessagesToSend = 100;      for (int i = 0; i < totalMessagesToSend; i++) {          Message message = new Message             ("TestTopic", ("Hello scheduled message " + i).getBytes());          // delayTimeLevel="1s 5s 10s 30s 1m 2m 3m 4m 5m 6m 7m 8m 9m 10m 20m 30m 1h 2h";          // 设置延时等级3,这个消息将在10s之后发送(现在只支持固定的几个时间)          message.setDelayTimeLevel(3);          // 发送消息          producer.send(message);     }       // 关闭生产者      producer.shutdown(); } }

4.3.3 验证

您将会看到消息的消费比存储时间晚10秒

4.3.4 使用限制:1s-2h

md // org/apache/rocketmq/store/config/MessageStoreConfig.java private String messageDelayLevel = "1s 5s 10s 30s 1m 2m 3m 4m 5m 6m 7m 8m 9m 10m 20m 30m 1h 2h";

现在RocketMq并不支持任意时间的延时，需要设置几个固定的延时等级，从1s到2h分别对应着等级1到18。

RocketMQ延时消息实现原理探究