PHP(Mysql/Redis)消息队列的介绍及应用场景案例

2022-01-25 16:54 Redis 67 梁俊威

在进行网站设计的时候,有时候会遇到给用户大量发送短信,或者订单系统有大量的日志需要记录,还有做秒杀设计的时候,服务器无法承受这种瞬间的压力,无法正常处理,咱们怎么才能保证系统正常有效的运行呢?这时候我们就要引用消息队列来实现这类的需求,这时候就需要一个中间的系统进行分流和解压。消息队列就是一个中间件,需要配合其他合理使用。


一、消息队列的概念、原理和场景

本质上讲,消息队列结构就是一个队列结构的中间件

,也就是说把消息和内容放入这个容器之后,就可以直接的返回,不需要等它后期处理的结果,另外会有一个程序会读取这些数据,并按照顺序进行逐个的处理,也就是说按照并发非常大的一个环节的时候,同时呢你又不需要立即获得这个环节的返回结果,那么使用消息队列可以比较好的解决这个问题。一个经典的消息队列结果应该是这样的过程:

由一个业务系统进行入队,把消息逐个插入消息队列中,插入成功之后直接返回成功的结果,然后后续有一个消息处理系统,这个系统会把消息队列中的记录逐个进行取出并且进行处理,进行出队的操作。


二、消息系统适合的场景

冗余

首先数据需要冗余的时候,比如经常做订单系统,后续需要严格的转换和记录,消息队列可以把这些数据持久化存储在队列中,然后由订单处理程序进行获取,后续处理完成之后再把这条记录删除,保证每条记录都能处理完成。

解耦

消息队列分离了两套系统,解决了两套系统深度耦合的问题。使用消息队列后,入队的系统和出队的系统没有直接的关系,入队系统和出队系统其中一套系统崩溃的时候,都不会影响到另一个系统的正常运转。

流量削峰

这种场景最经典的就是秒杀抢购,这种情况会出现很大的流量剧增,大量的需求集中在短短的几秒内,对服务器的瞬间压力非常大,而我们配合缓存使用消息队列能非常有效的顶住瞬间访问量,防止服务器顶不住而崩溃。

异步通讯

消息本身可以使入队的系统直接返回,所以实现了程序的异步操作,因此只要适合于异步的场景都可以使用消息队列来实现。

扩展性

比如订单入队之后或许会有财务系统进行处理,但是后期我想加配货系统,我只需要让配货系统订阅消息队列就可以了,这样就很容易扩展。

排序保证

这种情况指的是在有些场景下数据处理顺序是非常重要的,这种情况非常适合队列处理,因为队列本身就可以做成单线程的单进单出的系统,从而保证数据按照顺序进行处理。


三、常见消息队列实现优缺点

队列介质有哪些?

Mysql:可靠性高、易实现,速度慢,比如表就可以。

Redis:速度快,单条大消息包时效率低。redis提供了list,适合做消息队列,但是redis有一个问题,消息包过大的时候,效率就慢了,一般单条内容都不大

消息系统:专业性强、可靠,但学习成本高,如RabbitMQ


四、消息处理三种触发机制

死循环方式读取处理:让一个死循环的程序不断地读取一个队列,并且进行后期处理,这种方式失效性是比较强的,因为这种程序不断地扫描消息队列,因此消息队列里一旦有数据,就可以进行后续处理。但是这样会造成服务器压力,最关键的是也不会知道程序什么时候会挂掉,一旦出现故障,没办法及时恢复,这种情况比较适合做秒杀,因为秒杀的时间点比较集中,一旦有秒杀可以立即处理。

定时任务:每隔几秒或者几分钟执行一次,这样做的最大好处就是把压力分开了,无论入队的系统在哪个时间点入队的峰值是多么不平均,但由于出队的系统是定时执行的,所以会把压力均摊,每个时间点的压力会差不太多,所以还是比较流行的,尤其是订单系统和物流配货系统这类的,如订单系统会把写入队列,用户就可以看到我的订单在等物流配货了,这样物流系统就会定时把订单进行汇总处理,这样压力就不会太大,唯一的缺点就是定时和间隔和数量要把握好,不要

等上一个定时任务没有执行完呢,下一个定时任务又开始了,这样容易出现不可预测的问题。

守护进程:类似于PHP-FPM和PHP-CGI进程,需要linux的shell基础。


五、案例解析:队列处理订单系统和配送系统

在网购的时候,提交订单之后,看到自己的订单货物在配送中,这样就参与进来一个系统是配送系统,如果我们在做架构的时候,把订单系统和配送系统设计到一起,就会出现问题。首先对于订单系统来说,订单系统处理压力较大,对于配送系统来说没必要对这些压力做及时反映,我们没必要在订单系统出现问题的情况下,同时配送系统出现问题,这时候就会同时影响两个系统的运转,我们可以解耦解决。这两个系统分开之后,我们可以通过一个队列表来实现两个系统的沟通。首先,订单系统会接收用户的订单,进行订单的处理,会把这些订单写到队列表中,这个队列表是沟通两个系统的关键,由配送系统中的定时执行的程序来读取队列表进行处理,配送系统处理之后,会把已经处理的记录进行标记,这就是流程。

具体细节设计如下(Mysql队列举例):

首先,由order.php的文件接收用户的订单,然后生成订单号并对订单进行处理,订单系统处理完成之后会把配送系统需要的数据增加到队列表中,队列表可以这么设计,大概六个字段,order_id(订单主键id),status(订单状态),mobile(用户手机号),address(收获地址),created_at(创建的时间),updated_at(后期配送系统处理完成时间),然后有一个定时脚本,每分钟启动配送处理程序,配送处理程序这个goods.php用来处理队列表中的数据,当处理完成之后,会把队列表中的字段状态改为处理完成,这样整个流程结束。

创建订单表

CREATE TABLE `order_queue` (  
  `id` int(11) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '订单的id号',  
  `order_id` int(11) NOT NULL,  
  `mobile` varchar(20) NOT NULL COMMENT '用户的手机号',  
  `address` varchar(100) NOT NULL COMMENT '用户的地址',  
  `created_at` datetime NOT NULL DEFAULT '0000-00-00 00:00:00' COMMENT '订单创建的时间',  
  `updated_at` datetime NOT NULL DEFAULT '0000-00-00 00:00:00' COMMENT '物流系统处理完成的时间',  
  `status` tinyint(2) NOT NULL COMMENT '当前状态,0 未处理,1 已处理,2处理中',  
  PRIMARY KEY (`id`)  
) ENGINE=InnoDB  DEFAULT CHARSET=utf8;

处理订单的order.php文件

<?php   
include 'class/db.php';  
  
if(!empty($_GET['mobile'])){  
    $order_id = rand(10000,99999);  
    $insert_data = array(  
        'order_id'=>$order_id,  
        'mobile'=>$_GET['mobile'],      //记得过滤
        'created_at'=>date('Y-m-d H:i:s',time()),  
        'order_id'=>$order_id,  
        'status'=>0,    //0,未处理状态
    );  
    $db = DB::getIntance();  
    //把数据放入队列表中
    $res = $db->insert('order_queue',$insert_data);  
    if($res){  
        echo $insert_data['order_id']."保存成功";  
    }else{  
        echo "保存失败";  
    }  
}else{  
    echo "1";  
}  
?>

配送系统处理订单的文件goods.php

<?php   
//配送系统处理订单并进行标记

include 'class/db.php';  

$db = DB::getIntance();  

//1:先要把要处理的数据状态改为待处理

$waiting = array('status'=>0,);  

$lock = array('status'=>2,);  

$res_lock = $db->update('order_queue',$lock,$waiting,2);  

//2:选择出刚刚更新的数据,然后进行配送系统处理

if($res_lock){  

    //选择出要处理的订单内容
    
    $res = $db->selectAll('order_queue',$lock); 
     
    //然后由配货系统进行处理.....等操作
    
    //3:把处理过的改为已处理状态
    
    $success = array(  
        'status'=>1,  
        'updated_at'=>date('Y-m-d H;i:s',time()),    
    );  
    $res_last = $db->update('order_queue',$success,$lock);  
    if($res_last){  
        echo "Success:".$res_last;   
    }else{  
        echo "Fail:".$res_last;  
    }  
}else{  
    echo "ALL Finished";  
}
?>

定时执行脚本的goods.sh,每分钟执行一次

#!/bin/bash  
date "+%G-%m-%d %H:%M:%S"    //当前年月日
cd /data/wwwroot/default/mq/  
php goods.php

然后crontab任务定时执行脚本,并创建日志文件,然后指定输出格式

*/1 * * * * /data/wwwroot/default/mq/good.sh >> /data/wwwroot/default/mq/log.log 2>&1 //指定脚本目录并格式化输出//当然要创建log.log文件
tail -f log.log  //监控日志

这样订单系统和配送系统是相互独立的,并不影响另一个系统的正常运行。


六、再举一个关于Mysql消息队列的例子,以发送短信为例:

<?php
$db = new Db();
$sms = new Sms();
while(true){
    $item = $db->getFirstRecord(); //获取数据表第一条记录
    if(!$item){
        //如果队列中没有数据,则结束定时器
        break;
    }
    $res = $sms->send($item['phone'],$item['content']); //发送短信
    if($res){
        $db->deleteFristRecord(); //删除发送成功的记录
        echo $item['phone'].'发送成功';
    }else{
        echo $item['phone'].'发送失败,稍后继续尝试';
    }
    sleep(10); //每隔十秒循环一次            
}
echo '发送完毕!';
?>

将代码保存为timer_sms.php,打开命令行,执行定时器:

php定时器将会根据设定的时间间隔(这里设的是10秒),自动完成发送短信的任务。任务完成后将自动退出定时器,不再占用服务器资源。

根据我的测试,PHP定时器占用资源并不多,不会对服务器造成压力。而且是异步访问数据库,也不会影响数据库的运行。

这种方式的优点是:

1、后台运行,前台无需等待

2、成功率高,失败的记录会自动重发,直到成功


七、流量削峰案例:Redis的List类型实现秒杀

为什么要使用Redis而不适用Mysql呢?因为Redis是基于内存,速度要快很多,而Mysql需要往硬盘里写,因为其他业务还要使用Mysql,如果秒杀使用Mysql的话,会把Mysql的资源耗光,这样其他的业务在读取Mysql肯定出问题。另外Redis对数据有一个持久化作用,这样要比Memcache要有优势,并且数据类型要多,这次要用的就是Redis的List,可以向头部或者尾部向Redis的链表增加元素,这样Redis在实现一个轻量级的队列非常有优势。

LPUSH/LPUSHX:LPUSH是将值插入到链表的头部,LPUSHX是检测这个链表是否存在,如果存在的话会插入头部,如果不存在会忽略这个数据

RPUSH/RPUSHX:将值插入到链表的尾部。同上,位置相反

LPOP:移除并获取链表中的第一个元素。

RPOP:移除并获取链表中最后一个元素。

LTRIM:保留指定区间内的元素。

LLEN:获取链表的长度。

LSET:用索引设置链表元素的值。

LINDEX:通过索引获取链表中的元素。

LRANGE:获取链表指定范围内的元素。

【秒杀业务程序】记录哪个用户参与了秒杀,同时记录时间,这样方便后续处理,用户的ID会存储到【Redis】的链表里进行排队,比如打算让前10个人秒杀成功,后面的人秒杀失败,这样让redis链表的长度保持为10就可以了,10个以后如果再到redis请求追加数据,那么程序上拒绝请求,在redis存取之后,后面的程序会对redis进行取值,因为数据不能长久放在缓存,后面有一个程序遍历处理redis的值,放入数据库永久保存,因为秒杀本来不会太长,可以用脚本循环扫描。

详细说明:

首先Redis程序会把用户的请求数据放入redis,主要是uid和微秒时间戳;然后检查redis链表的长度,超出长度就放弃处理;死循环数据读取redis链表的内容,入库。

数据库代码:

CREATE TABLE `redis_queue` (
  `id` int(10) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `uid` int(11) NOT NULL DEFAULT '0',
  `time_stamp` varchar(24) NOT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=88 DEFAULT CHARSET=utf8;

另外两个程序,一个是把用户的请求接收写入redis的程序,另一个是把redis的数据拿出写入数据库的程序。

接收用户请求的程序:

<?php
$redis = new Redis();
$redis->connect('127.0.0.1',6379);
$redis-_name = 'miaosha';
//秒杀用户涌入模拟,100个用户
for ($i =0; $i < 100; $i++) {
    $uid = rand(1000000,99999999);
}
//检查redis链表长度(已存在数量)
$num = 10;
if ($redis->lLen($redis_name) < 10 ) {
    //加入链表尾部
    $redis->rPush($redis_name, $uid.'%'.microtime());
} else {  //如果达到10个
    //秒杀结束
}
$redis->close();

处理程序(拿redis数据写入mysql)

<?php
//从队列头部读一个值,判断这个值是否存在,如果存在则切割出时间、uid保存到数据库中。(对于redis而言,如果从redis取出这个值,那么这个值就不在redis队列里了,如果出现问题失败了,那么我们需要有一个机制把失败的数据重新放入redis链表中)
$redis = new Redis();
$redis->connect('127.0.0.1',6379);
$redis-_name = 'miaosha';

//死循环检测redis队列
while(1) {
    $user = $redis->lpop($redis_name);
    if (!$user || $user == 'null') {  //如果没有数据跳出循环
        //如果一直执行,速度是非常快的,那么服务器压力大,这里2秒一次
        sleep(2);
        //跳出循环
        continue;
    } 
    //拿出微秒时间戳和uid
    $user_arr = explode('%', $user);
    $insert_data = array(
        'uid' => $user_arr[0];
        'time_stamp' => $user_arr[1];
    );
    $res = $db->insert('redis_queue', $insert_data);
    //如果插入失败
    if (!$res) {
        //从哪个方向取出,从哪个方向插回
        $redis->lpush($redis_name, $user);
        sleep(2);
    }
} 
$redis->close();

测试的话,可以先执行循环检测脚本,然后再执行秒杀脚本开始测试,监测Mysql数据库的变化。

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原文链接:https://www.ljwei.com.cn/read/365.html

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