文章目录
- 1、简介
- 2、Stream内部探索
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- 2.1 Stream 结构
- 2.2 四个唯一
- 2.3 消息ID
- 2.4 消息内容
- 3、Stream指令
- 3.1 指令汇总
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- 3.2 XADD
- 3.2 XTRIM
- 3.3 XDEL
- 3.4 XLEN
- 3.5 XRANGE
- 3.6 XREVRANGE
- 3.7 XREAD
- 3.8 XGROUP CREATE
- 3.9 XREADGROUP GROUP
- 3.10 XACK
- 3.11 XPENDING
- 3.12 XCLAIM
- 3.13 XINFO
- 4、关于Stream优化内存的事情
1、简介
Stream弥补了Redis作为MQ（message queue）技术选型上的不足之处；Redis 5.0发布的Stream相比Pub/Sub模块，Stream支持消息持久化，结合sentinel或cluster使其成为了一个比较可靠的消息队列。尽管我认为它很难成为公司MQ的技术选型产品，但是关于Stream的使用和特性（消费组），仍值得一探究竟。
Stream对标消息队列，因此几乎具备了MQ所有的特性，以下列出Stream所具有的部分特性：
- 消息顺序存储
- 消息ID序列化规则生成
- 消息的遍历
- 消息阻塞/非阻塞获取
- 客户端分组消费消息
- 消息确认机制
- 消息异常机制
- 消息队列监控
在文中也会说到Stream的这些特性。
2、Stream内部探索
2.1 Stream 结构
在探索Stream的内部结构之前，先看一张清晰的Stream结构图：
如下是关于上图的名词解析：
- Message Content：消息内容
- Consumer group：消费组，通过XGROUP CREATE命令创建，一个消费者组可以有多个消费者。
- Last_delivered_id：游标，每个消费组有一个游标，任意消费者读取消息后，游标都会向前移动。
- Consumer：消费者，消费组中的消费者
- Pending_ids：状态变量，每个消费者会有一个状态变量，用于记录被当前消费者读取，但是并未ack的消息id
2.2 四个唯一
Stream内部维护了一个消息链表，以此使得消息能够具有队列的特性，在Stream中有四个唯一需要了解：
- 每个Stream都具有唯一的名称。
- 每个消息（Messages）都具有一个由系统分配或者客户端指定唯一ID。
- 每个Stream中的消费者组（Consumer_Group）具有唯一名称。
- 每个消费组（Consumer_Group）中的消费者（Consumer）具有唯一名称
2.3 消息ID
Stream的消息ID可以由服务端自动生成，也可以由客户端传入，如下图是自动生成的结构：
系统自动生成的规则
< millisecondsTime >-< sequenceNumber >
millisecondsTime指的是Redis节点服务器的本地时间，如果存在当前的毫秒时间戳比以前已经存在的数据的时间戳小的话（本地时间钟后跳），那么系统将会采用以前相同的毫秒创建新的ID。
sequenceNumber指的是序列号，在相同的millisecondsTime毫秒下，序列号从0开始递增，序列号是64位长度，理论上在统一毫秒内生成的数据量无法到达这个级别，因此不用担心sequenceNumber会不够用。
客户端显示传入规则
Redis对于ID有强制要求，格式必须是
2.4 消息内容
Stream的消息内容，也就是图中的Message Content它的结构类似Hash结构，以key-value的形式存在。
3、Stream指令
3.1 指令汇总
Stream的指令根据可以分为两类，分别是消息队列相关指令，消费组相关指令。
消息队列相关指令：
| 指令名称 | 指令作用 |
|---|---|
| XADD | 添加消息到队列末尾 |
| XTRIM | 限制Stream的长度，如果已经超长会进行截取 |
| XDEL | 删除消息 |
| XLEN | 获取Stream中消息的长度 |
| XRANGE | 获取消息列表（可以指定范围），忽略删除的消息 |
| XREVRANGE | 和XRANGE相比区别在于反向获取，ID从大到小 |
| XREAD | 获取消息（阻塞/非阻塞），返回大于指定ID的消息 |
消费组相关指令：
| 指令名称 | 指令作用 |
|---|---|
| XGROUP CREATE | 创建消费者组 |
| XREADGROUP GROUP | 读取消费者组中的消息 |
| XACK | ack消息，消息被标记为“已处理” |
| XGROUP SETID | 设置消费者组最后递送消息的ID |
| XGROUP DELCONSUMER | 删除消费者组 |
| XPENDING | 打印待处理消息的详细信息 |
| XCLAIM | 转移消息的归属权（长期未被处理/无法处理的消息，转交给其他消费者组进行处理） |
| XINFO | 打印StreamConsumerGroup的详细信息 |
| XINFO GROUPS | 打印消费者组的详细信息 |
| XINFO STREAM | 打印Stream的详细信息 |
3.2 XADD
XADD 用于向Stream 队列中添加消息，如果指定的Stream 队列不存在，则该命令执行时会新建一个Stream 队列。
XADD的指令语法：
XADD key [NOMKSTREAM] [MAXLEN|MINID [=|~] threshold [LIMIT count]] *|ID field value [field value …]
如下通过XADD展示了定义ID的两种方式，具体可以看2.3。
3.2 XTRIM
XTRIM 用于对Stream的长度进行限定。
XTRIM 的指令语法：
XTRIM key MAXLEN|MINID [=|~] threshold [LIMIT count]
- MAXLEN 允许的最大长度，如果长度超出则会抛弃队列前面的消息
- MINID 允许的最小id，从某个id值开始保留，其余的将会被抛弃
3.3 XDEL
XDEL 用于删除消息。
XDEL 的指令语法：
XDEL key ID [ID …]
3.4 XLEN
XLEN 用于获取Stream 队列的消息的长度。
XLEN 的指令语法：
XLEN key
3.5 XRANGE
XRANGE 用于获取消息列表（可以指定范围），忽略删除的消息。
XRANGE 的指令语法：
XRANGE key start end [COUNT count]
- start 表示开始值，-代表最小值
- end 表示结束值，+代表最大值
- count 表示最多获取多少个值
3.6 XREVRANGE
XREVRANGE 用于获取消息列表（可以指定范围），忽略删除的消息。与XRANGE 的区别在于，获取消息列表元素的方向是相反的，end在前，start在后。
XREVRANGE 的指令语法：
XREVRANGE key end start [COUNT count]
3.7 XREAD
XREAD 用于获取消息（阻塞/非阻塞），只会返回大于指定ID的消息。
XREAD 的指令语法：
XREAD [COUNT count] [BLOCK milliseconds] STREAMS key [key …] ID [ID …]
- COUNT 最多读取多少条消息
- BLOCK 是否已阻塞的方式读取消息，默认不阻塞，如果milliseconds设置为0，表示永远阻塞
$ 代表特殊ID，表示以当前Stream已经存储的最大的ID作为最后一个ID，当前Stream中不存在大于当前最大ID的消息，因此此时返回nil。
0-0代表从最小的ID开始获取Stream中的消息，当不指定count，将会返回Stream中的所有消息，注意也可以使用0（00/000也都是可以的……）。
阻塞方式获取Stream中的指令，这里演示阻塞获取一条消息
3.8 XGROUP CREATE
XGROUP CREATE 用于创建消费者组。
XGROUP CREATE 的指令语法：
XGROUP [CREATE key groupname ID|$ [MKSTREAM]] [SETID key groupname ID|$] [DESTROY key groupname] [CREATECONSUMER key groupname consumername] [DELCONSUMER key groupname consumername]
XGROUP CREATE中的指令没什么复杂的，第一个中括号中的几个参数最为重要，如下图两种方式：
- $表示从Stream尾部开始消费，会忽略Stream中目前已有的数据
- 0表示从Stream头部开始消费
如果Stream不存在，XGROUP CREATE 语法将会报错，因此可以得出不允许在不存在的Stream上创建消费者组
3.9 XREADGROUP GROUP
XREADGROUP GROUP 用于读取消费者组中的消息。
XREADGROUP GROUP 的指令语法：
XREADGROUP GROUP group consumer [COUNT count] [BLOCK milliseconds] [NOACK] STREAMS key [key …] ID [ID …]
注意，这里有一个比较重要的知识点，刚开始的时候可能容易搞错：
> 这个特殊符号表示消息到目前为止，从未传递给其他消费者的消息
0表示指定消息ID，因为ID均大于0-0（0代指0-0），因此代表从Stream 的队列头部开始获取消息
在如下截图中，为何第一次 mystream 0 获取消息返回empty，在执行完 mystream > 之后，第二 mystream 0 却成功的获取到了消息，但是很明显mystream中刚添加了两条消息，第一次不应该失败才对呀？
这是因为，当指定ID进行消息获取时，命令将会让我们访问我们的历史待处理消息（曾被获取，但是未ack）。即传递给这个指定消费者（由提供的名称标识）的消息集，并且到目前为止从未使用XACK进行确认。
XREADGROUP GROUP 也可以像XREAD 一样使用阻塞的方式获取消息
当向mystream中添加消息后，阻塞读返回
3.10 XACK
XACK 用于标记为“已处理”。
XACK 的指令语法：
XACK key group ID [ID …]
结合 XREADGROUP GROUP 中指定ID的方式只能获取未ack的未处理消息的特性，测试XACK指令。从如下的测试示例中可以得出两个结论：
- 消息首次ack成功，返回1，ack失败返回0
- 3.9中的结论是正确的
3.11 XPENDING
XPENDING 用于打印待处理消息的详细信息。
XPENDING 指令是非常有用的，因为它可以打印待处理消息的信息。如果在一个消费者组中存在多个消费者，如果存在部分消费者永久的故障，无法再处理消息了，我们就可以通过XPENDING 指令来查看指定消费者组中的消费者未ack的消息，然后转移给其他消费者进行处理。
XPENDING 的指令语法：
XPENDING key group [[IDLE min-idle-time] start end count [consumer]]
XPENDING 返回值解析：
- 第一个参数表示当前消费者中待处理消息的总数
- 第二个参数表示待处理消息的最小ID
- 第三个参数表示待处理消息的最大ID
- 第四个参数表示消费者列表和未处理的消息数量
3.12 XCLAIM
XCLAIM 用于转移消息的归属权。
XCLAIM 的指令语法：
XCLAIM key group consumer min-idle-time ID [ID …] [IDLE ms] [TIME ms-unix-time] [RET
指令参数解析：
- key 表示Stream的名称
- group 表示需要转移消息的归属权的消费者组名称
- consumer 表示接收消息的消费者名称
- min-idle-time 表示最小空闲时间，只有后续指定ID的消息空闲时间大于指定的空闲时间，消息归属权转移指令才会生效
- ID [] 需要转移归属权的消息ID，数组，可以是多个
示例中，将consumer-1中ID为1631719560149-0的未处理的消息的归属权转移到consumer-2下：
3.13 XINFO
XINFO 用于打印
XINFO 的指令语法：
XINFO [CONSUMERS key groupname] [GROUPS key] [STREAM key] [HELP]
示例打印指定STREAM的详细消息
4、关于Stream优化内存的事情
使用Stream有两个点需要注意，如果使用不当都会导致内存消耗增大。
- 待处理消息过多，消息未及时ack
- Stream消息持续持久化，使用XDEL删除消息
关于第一点，待处理消息过多，消息未及时ack，其导致内存增加的原因是，Stream会为每个消费者维护一个PEL列表，PEL列表用于存储处理完但未及时ack的消息ID。我们在实际使用过程中，处理完的消息一定要及时ack，也有定时检查是否有消费者不可用导致消息堆积的情况。
XPENDING能查询出消费者中待处理的消息，就是因为有PEL的存在。
关于第二点，使用XDEL删除Stream中不在需要的消息，其导致内存增加的原因是，Stream的XDEL删除消息的指令，并不会从内存上删除消息，它只是给消息打上标记位，下次通过XRANGE指令忽略这些消息而已。因此我们可以设置Stream的最大长度，来解决这个问题，在XADD中使用MAXLEN指定Stream队列的长度，当消息超出长度就会将队列头消息清除掉。（不过这种处理方式一定要做到及时处理消息，避免消息的丢失。）
XADD key [NOMKSTREAM] [MAXLEN|MINID [=|~] threshold [LIMIT count]] *|ID field value [field value …]