這篇文章，分享筆者學習 Redis Stream 的心得，希望對大家有所啟發。

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1 基礎知識

Redis Stream 的結構如下圖所示，它是一個消息鏈表，將所有加入的消息都串起來，每個消息都有一個唯一的 ID 和對應的內容。

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每個 Redis Stream 都有唯一的名稱 ，對應唯一的 Redis Key 。

同一個 Stream 可以掛載多個消費者組 ConsumerGroup  , 消費組不能自動創建，需要使用 XGROUP CREATE 命令創建。

每個消費組會有個游標 last_delivered_id，任意一個消費者讀取了消息都會使游標 last_delivered_id 往前移動 ，標識當前消費組消費到哪條消息了。

消費組 ConsumerGroup 同樣可以掛載多個消費者 Consumer ,  每個 Consumer 并行的讀取消息，任意一個消費者讀取了消息都會使游標 last_delivered_id 往前移動。

消費者內部有一個屬性 pending_ids ， 記錄了當前消費者讀取但沒有回復 ACK 的消息 ID 列表 。

細品 Redis stream 的設計，我們發現它和 Kafka 非常相似，比如說消費者組，消費進度偏移量等。

但內部實現差異還是很明顯，Kafka 主要是利用了文件系統的特性，每一個主題下存在多個分區 partition，而消費者處理對應分區消息成功之后，消費者會 commit 消費進度到 Broker ，Broker 修改消費進度偏移量并持久化。

2 核心命令

01 XADD 向 Stream 末尾添加消息

使用 XADD 向隊列添加消息，如果指定的隊列不存在，則創建一個隊列。基礎語法格式：

XADD key ID field value [field value ...]

• key ：隊列名稱，如果不存在就創建
• ID ：消息 id，我們使用 * 表示由 redis 生成，可以自定義，但是要自己保證遞增性。
• field value ：記錄。

127.0.0.1:6379> XADD mystream * name1 value1 name2 value2
"1712473185388-0"
127.0.0.1:6379> XLEN mystream
(integer) 1
127.0.0.1:6379> XADD mystream * name2 value2 name3 value3
"1712473231761-0"

消息 ID 使用 * 表示由 redis 生成，同時也可以自定義，但是自定義時要保證遞增性。

消息 ID 的格式：毫秒級時間戳 + 序號 , 例如：1712473185388-5 , 它表示當前消息在毫秒時間戳 1712473185388 產生 ，并且該毫秒內產生到了第5條消息。

在添加隊列消息時，也可以指定隊列的長度。

127.0.0.1:6379> XADD mystream MAXLEN 100 * name value1 age 30
"1713082205042-0"

使用  XADD 命令向 mystream 的 stream 中添加了一條消息，并且指定了最大長度為 100。消息的 ID 由 Redis 自動生成，消息包含兩個字段 name 和 age，分別對應的值是 value1 和 30。

02 XRANGE 獲取消息列表

使用 XRANGE 獲取消息列表，會自動過濾已經刪除的消息。語法格式：

XRANGE key start end [COUNT count]

• key ：隊列名
• start ：開始值， - 表示最小值
• end ：結束值， + 表示最大值
• count ：數量

127.0.0.1:6379> XRANGE mystream - + COUNT 2
1) 1) "1712473185388-0"
   2) 1) "name1"
      2) "value1"
      3) "name2"
      4) "value2"
2) 1) "1712473231761-0"
   2) 1) "name2"
      2) "value2"
      3) "name3"
      4) "value3"

我們得到兩條消息，第一層是消息 ID ，第二層是消息內容 ，消息內容是 Hash 數據結構 。

03 XREAD 以阻塞/非阻塞方式獲取消息列表

使用 XREAD 以阻塞或非阻塞方式獲取消息列表 ，語法格式：

XREAD [COUNT count] [BLOCK milliseconds] STREAMS key [key ...] id [id ...]

• count ：數量
• milliseconds ：可選，阻塞毫秒數，沒有設置就是非阻塞模式
• key ：隊列名
• id ：消息 ID

127.0.0.1:6379> XREAD streams mystream 0-0
1) 1) "mystream"
   2) 1) 1) "1712473185388-0"
         2) 1) "name1"
            2) "value1"
            3) "name2"
            4) "value2"
      2) 1) "1712473231761-0"
         2) 1) "name2"
            2) "value2"
            3) "name3"
            4) "value3"

XRED 讀消息時分為阻塞和非阻塞模式，使用 BLOCK 選項可以表示阻塞模式，需要設置阻塞時長。非阻塞模式下，讀取完畢（即使沒有任何消息）立即返回，而在阻塞模式下，若讀取不到內容，則阻塞等待。

127.0.0.1:6379> XREAD block 1000 streams mystream $
(nil)
(1.07s)

使用 Block 模式，配合 $ 作為 ID ，表示讀取最新的消息，若沒有消息，命令阻塞！等待過程中，其他客戶端向隊列追加消息，則會立即讀取到。

因此，典型的隊列就是 XADD 配合 XREAD Block 完成。XADD 負責生成消息，XREAD 負責消費消息。

04 XGROUP CREATE 創建消費者組

使用 XGROUP CREATE 創建消費者組，分兩種情況：

• 從頭開始消費:

XGROUP CREATE mystream consumer-group-name 0-0

• 從尾部開始消費:

XGROUP CREATE mystream consumer-group-name $

執行效果如下：

127.0.0.1:6379> XGROUP CREATE mystream mygroup 0-0
OK

05 XREADGROUP GROUP 讀取消費組中的消息

使用 XREADGROUP GROUP 讀取消費組中的消息，語法格式：

XREADGROUP GROUP group consumer [COUNT count] [BLOCK milliseconds] [NOACK] STREAMS key [key ...] ID [ID ...]

• group ：消費組名
• consumer ：消費者名。
• count ：讀取數量。
• milliseconds ：阻塞毫秒數。
• key ：隊列名。
• ID ：消息 ID。

示例：

127.0.0.1:6379>  XREADGROUP group mygroup consumerA count 1 streams mystream >
1) 1) "mystream"
   2) 1) 1) "1712473185388-0"
         2) 1) "name1"
            2) "value1"
            3) "name2"
            4) "value2"

消費者組 mygroup 中的消費者 consumerA ，從 名為 mystream 的 Stream 中讀取消息。

• COUNT 1 表示一次最多讀取一條消息
• > 表示消息的起始位置是當前可用消息的 ID，即從當前未讀取的最早消息開始讀取。

06 XACK 消息消費確認

接收到消息之后，我們要手動確認一下（ack），語法格式：

xack key group-key ID [ID ...]

示例：

127.0.0.1:6379> XACK mystream mygroup 1713089061658-0
(integer) 1

消費確認增加了消息的可靠性，一般在業務處理完成之后，需要執行 ack 確認消息已經被消費完成，整個流程的執行如下圖所示：

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我們可以使用 xpending 命令查看消費者未確認的消息ID：

127.0.0.1:6379> xpending mystream mygroup
1) (integer) 1
2) "1713091227595-0"
3) "1713091227595-0"
4) 1) 1) "consumerA"
      2) "1"

07 XTRIM 限制 Stream 長度

我們使用 XTRIM 對流進行修剪，限制長度， 語法格式：

127.0.0.1:6379> XADD mystream * field1 A field2 B field3 C field4 D
"1712535017402-0"
127.0.0.1:6379> XTRIM mystream MAXLEN 2
(integer) 4
127.0.0.1:6379> XRANGE mystream - +
1) 1) "1712498239430-0"
   2) 1) "name"
      2) "zhangyogn"
2) 1) "1712535017402-0"
   2) 1) "field1"
      2) "A"
      3) "field2"
      4) "B"
      5) "field3"
      6) "C"
      7) "field4"
      8) "D"

通過學習這七個核心命令，筆者發現 Redis Stream 既支持簡單的生產消費模型，也支持發布訂閱模型。

3 SpringBoot Redis Stream 實戰

演示代碼地址：

https://github.com/makemyownlife/courage-cache-demo

1、添加 SpringBoot Redis 依賴

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>

2、yaml 文件配置

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3、RedisTemplate 配置

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4、定義stream監聽器

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5、定義 StreamContainer 并啟動

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6、發送消息

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執行完成之后，消費者就可以打印如下日志：

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通過實戰流程，我們發現 SpringBoot 整合 Redis Stream 并不復雜，需要注意：定義注冊信息時，需要確保 stream key 和消費者組已經創建好了。

4 Redis stream 用做消息隊列完美嗎

筆者認為 Redis stream 用于消息隊列最大的進步在于：實現了發布訂閱模型。

發布訂閱模型具有如下特點：

• 消費獨立相比隊列模型的匿名消費方式，發布訂閱模型中消費方都會具備的身份，一般叫做訂閱組（訂閱關系），不同訂閱組之間相互獨立不會相互影響。
• 一對多通信基于獨立身份的設計，同一個主題內的消息可以被多個訂閱組處理，每個訂閱組都可以拿到全量消息。因此發布訂閱模型可以實現一對多通信。

我們曾經詬病 Redis List 數據結構用做隊列時，因為消費時沒有 Ack 機制，應用異常掛掉導致消息偶發丟失的情況，Redis Stream 從設計角度來講已經完美的解決了。

因為消費者內部有一個屬性 pending_ids ， 記錄了當前消費者讀取但沒有回復 ACK 的消息 ID 列表 。當消費者重新上線，這些消息可以重新被消費。

但 Redis stream 用做消息隊列完美嗎 ？

這個還真沒有，原因在于 Redis 先天不足。

1、Redis 本身定位是內存數據庫，它的設計之初都是為緩存準備的，并不具備消息堆積的能力。而專業消息隊列一個非常重要的功能是數據中轉樞紐，Redis 的定位很難滿足，使用起來要非常小心。

2、Redis 的高可用方案可能丟失消息（AOF 持久化和主從復制都是異步 ），而專業消息隊列可以針對不同的場景選擇不同的高可用策略。也就說，專業消息隊列的高可用方案依然有可能會丟失消息，但是它有完善的方案支持不丟失消息。

所以，筆者認為 Redis 非常適合輕量級消息隊列解決方案，即：數據量可控  + 業務模型簡單 + 消息堆積概率低 + 報警監控 。