Redis消息通知系统的实现

最近忙着用Redis实现一个消息通知系统,今天大概总结了一下技术细节,其中演示代码如果没有特殊说明,使用的都是PhpRedis扩展来实现的。

内存

比如要推送一条全局消息,如果真的给所有用户都推送一遍的话,那么会占用很大的内存,实际上不管粘性有多高的产品,活跃用户同全部用户比起来,都会小很多,所以如果只处理登录用户的话,那么至少在内存消耗上是相当划算的,至于未登录用户,可以推迟到用户下次登录时再处理,如果用户一直不登录,就一了百了了。

队列

当大量用户同时登录的时候,如果全部都即时处理,那么很容易就崩溃了,此时可以使用一个队列来保存待处理的登录用户,如此一来顶多是反应慢点,但不会崩溃。

Redis的LIST数据类型可以很自然的创建一个队列,代码如下:

<?php

$redis = new Redis;
$redis->connect('/tmp/redis.sock');

$redis->lPush('usr', <USRID>);

while ($usr = $redis->rPop('usr')) {
    var_dump($usr);
}

?>

出于类似的原因,我们还需要一个队列来保存待处理的消息。当然也可以使用LIST来实现,但LIST只能按照插入的先后顺序实现类似FIFO或LIFO形式的队列,然而消息实际上是有优先级的:比如说个人消息优先级高,全局消息优先级低。此时可以使用ZSET来实现,它里面分数的概念很自然的实现了优先级。

不过ZSET没有原生的POP操作,所以我们需要模拟实现,代码如下:

<?php

class RedisClient extends Redis
{
    const POSITION_FIRST = 0;
    const POSITION_LAST = -1;

    public function zPop($zset)
    {
        return $this->zsetPop($zset, self::POSITION_FIRST);
    }

    public function zRevPop($zset)
    {
        return $this->zsetPop($zset, self::POSITION_LAST);
    }

    private function zsetPop($zset, $position)
    {
        $this->watch($zset);

        $element = $this->zRange($zset, $position, $position);

        if (!isset($element[0])) {
            return false;
        }

        if ($this->multi()->zRem($zset, $element[0])->exec()) {
            return $element[0];
        }

        return $this->zsetPop($zset, $position);
    }
}

?>

模拟实现了POP操作后,我们就可以使用ZSET实现队列了,代码如下:

<?php

$redis = new RedisClient;
$redis->connect('/tmp/redis.sock');

$redis->zAdd('msg', <PRIORITY>, <MSGID>);

while ($msg = $redis->zRevPop('msg')) {
    var_dump($msg);
}

?>

推拉

以前微博架构中推拉选择的问题已经被大家讨论过很多次了。实际上消息通知系统和微博差不多,也存在推拉选择的问题,同样答案也是类似的,那就是应该推拉结合。具体点说:在登陆用户获取消息的时候,就是一个拉消息的过程;在把消息发送给登陆用户的时候,就是一个推消息的过程。

速度

假设要推送一百万条消息的话,那么最直白的实现就是不断的插入,代码如下:

<?php

for ($msgid = 1; $msgid <= 1000000; $msgid++) {
    $redis->sAdd('usr:<USRID>:msg', $msgid);
}

?>

说明:这里我使用了SET数据类型,当然你也可以视需求换成LIST或者ZSET。

Redis的速度是很快的,但是借助PIPELINE,会更快,代码如下:

<?php

for ($i = 1; $i <= 100; $i++) {
    $redis->multi(Redis::PIPELINE);
    for ($j = 1; $j <= 10000; $j++) {
        $msgid = ($i - 1) * 10000 + $j;
        $redis->sAdd('usr:<USRID>:msg', $msgid);
    }
    $redis->exec();
}

?>

说明:所谓PIPELINE,就是省略了无谓的折返跑,把命令打包给服务端统一处理。

前后两段代码在我的测试里,使用PIPELINE的速度大概是不使用PIPELINE的十倍。

查询

我们用Redis命令行来演示一下用户是如何查询消息的。

先插入三条消息,其<MSGID>分别是1,2,3:

redis> HMSET msg:1 title title1 content content1
redis> HMSET msg:2 title title2 content content2
redis> HMSET msg:3 title title3 content content3

再把这三条消息发送给某个用户,其<USRID>是123:

redis> SADD usr:123:msg 1
redis> SADD usr:123:msg 2
redis> SADD usr:123:msg 3

此时如果简单查询用户有哪些消息的话,无疑只能查到一些<MSGID>:

redis> SMEMBERS usr:123:msg
1) "1"
2) "2"
3) "3"

如果还需要用程序根据<MSGID>再来一次查询无疑有点低效,好在Redis内置的SORT命令可以达到事半功倍的效果,实际上它类似于SQL中的JOIN:

redis> SORT usr:123:msg GET msg:*->title
1) "title1"
2) "title2"
3) "title3"
redis> SORT usr:123:msg GET msg:*->content
1) "content1"
2) "content2"
3) "content3"

SORT的缺点是它只能GET出字符串类型的数据,如果你想要多个数据,就要多次GET:

redis> SORT usr:123:msg GET msg:*->title GET msg:*->content
1) "title1"
2) "content1"
3) "title2"
4) "content2"
5) "title3"
6) "content3"

很多情况下这显得不够灵活,好在我们可以采用其他一些方法平衡一下利弊,比如说新加一个字段,冗余保存完整消息的序列化,接着只GET这个字段就OK了。

实际暴露查询接口的时候,不会使用PHP等程序来封装,因为那会成倍降低RPS,推荐使用Webdis,它是一个Redis的Web代理,效率没得说。

最近Tumblr发表了一篇类似的文章:Staircar: Redis-powered notifications,介绍了他们使用Redis实现消息通知系统的一些情况,有兴趣的不妨一起看看。

Redis消息通知系统的实现》上有30条评论

    • 整个三月都是在焦灼中度过的:一来工作繁忙;二来身体抱恙。

  1. 实际暴露查询接口的时候,不会使用PHP等程序来封装,因为那会成倍降低RPS,这是一个结论,为什么会这样,博主能解决一下原因么?

  2. 博主能贡献一下源码么?我是一个redis初学者,希望能通过实例快速上手。

    • 我也想看,不过,想必和weibo的框架的代码依耐性很强,给了也不一定能看懂,再者也不方便公开,反正就是看完博主这篇文章,还是晕乎的。对于菜鸟我来说。

  3. 您好,请问上面内容跟消息通知有什么关系?
    你指的是消息数据放入缓存,然后 Long polling 去查缓存么?

  4. 最近有个统计系统,并发写入的量大,考虑是否要用到队列呢。如果将数据直接写入redis,就没有必要搞队列了吧?除非写入redis慢,需要用个队列池子缓冲一下。能否指点一下?

    • 就像您文章中提到“当大量用户同时登录的时候,如果全部都即时处理,那么很容易就崩溃了,此时可以使用一个队列来保存待处理的登录用户,如此一来顶多是反应慢点,但不会崩溃。”

      加入数据库用的就是redis,还有没有必要再去搞个队列池子缓冲?

    • 如果直接写入redis,一般来说,只要逻辑不复杂就可以直接操作,不用引入队列,我在文章中所说的登录操作之所以采用了队列,是因为一个用户登录后,涉及很多后续操作,逻辑相对复杂,所以采用队列缓冲一下。

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