ASPNET.Core结合Redis实践消息队列，从此放心安全迭代

引言

　　熟悉TPL Dataflow博文的朋友可能记得这是个单体程序，使用TPL Dataflow 处理工作流任务， 在使用Docker部署的过程中， 有一个问题一直无法回避：

       在单体程序部署的瞬间（服务不可用）会有少量流量无法处理；更糟糕的情况下，迭代部署的这个版本有问题，上线后无法运作， 更多的流量没有得到处理。

      背负神圣使命（巨大压力）的程序猿心生一计， 为何不将单体程序改成分布式：增加服务ReceiverApp只接收数据，服务WebApp只处理数据。

 

知识储备

    消息队列和订阅发布作为老生常谈的两个知识点被反复提及，按照JMS的规范， 官方称为点对点(point to point，message queue) 和 订阅发布（publish/subscribe，channel / topic ）

点对点

　　消息生产者生产消息发送到Message Queue中，然后消费者从队列中取出消息并消费。

队列会保留消息，直到他们被消费或超时；

① MQ支持多消费者，每个消息只能被一个消费者处理

② 消息发送者和消费者在时间上没有依赖性，当发送者发送消息之后， 不管消费者有没有在运行（甚至不管有没有消费者），都不会影响到消息被发送到队列

③ 一般消费者在消费之后需要向队列应答成功

如果希望发送的消息都被处理，或只能被处理一次，你应该使用p2p模型。

发布/订阅

　　消息生产者将消息发布到Channel，同时有多个消息消费者（订阅）该消息。和点对点方式不同，发布到 特定通道的消息会被通道订阅者实时接收。

通道 只有暂存机制，发布的消息只能被当前订阅者收到。

①每个消息可以有多个消费者

②发布者和消费者 有时间上依赖性， 针对某topic的订阅者，必须先创建相应订阅，才能消费消息

将消息发布到通道中，而不关注订阅者是谁；订阅者可收听自己感兴趣的多个通道（形成Topic）， 也不关注发布者是谁。

③ 故如果没有消费者，发布的消息将得不到处理；

如果希望广播的消息被实时接收，应该采用发布-订阅模型。

 

头脑风暴 

Redis 内置的List数据结构亦能形成轻量级MQ的效果，Redis 原生支持发布/订阅 模型。

如上所述， Pub/Sub 模型 在订阅者宕机的时候，发布的消息得不到处理，故此模型不能用于高可靠性的的数据接收和处理。

本次采用的消息队列模型：

•    解耦业务：  新建Receiver程序作为生产者，专注于接收并发送到队列；原有的webapp作为消费者专注数据处理。
•    起到削峰填谷的作用， 若建立多个消费者webapp容器，还能形成负载均衡的效果。 

    需要关注Redis 两个命令( 左进右出，右进左出同理)：

    LPUSH  &  RPOP/BRPOP

      明显的思路是 lpush， rpop，但是如果队列空了，消费者会陷入pop死循环，即使没有数据也不会停止，空轮询不但消耗消费者的CPU资源还会影响Redis性能。 

      一个缓解的做法是让消费者线程设定一定的时间间隔 循环监控队列，虽然可行，但显然会造成不必要的资源浪费，而且循环间隔也难以确定。

brpop 中的B 表示 “Block”， 是一个rpop命令的阻塞版本：

若指定List没有新元素，在给定超时时间内，该命令会阻塞当前redis连接，直到超时返回nil，或者有另外一个客户端对给定key的任意一个执行LPUSH或RPUSH命令为止， 这样做的目的在于减小Redis压力。   

对于Redis，阻塞读在队列没有数据会立即进入休眠状态，一旦数据到立即被唤醒，消息延迟几乎为0.

编程实践

本次使用 ASPNetCore 完成RedisMQ的实践，引入Redis国产第三方开源库CSRedisCore.

不使用著名的StackExchange.Redis 组件库的原因：

• 之前一直使用StackExchange.Redis， 参考了很多资料，做了很多优化，并未完全解决RedisTimeoutException问题 

• StackExchange.Redis基于其多路复用的连接机制，不支持阻塞式命令， 故采用了 CSRedisCore，该库强调了API 与Redis官方命令一致，很容易上手

生产者Receiver

 生产者使用LPush 命令向Redis List数据结构写入消息。

------------------截取自Startup.cs-------------------------
public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{
　　// Redis客户端要定义成单例， 不然在大流量并发收数的时候， 会造成redis client来不及释放。另一方面也确认api控制器不是单例模式，
　　var csredis = new CSRedisClient(Configuration.GetConnectionString("redis")+",name=receiver");
　　RedisHelper.Initialization(csredis);
　　services.AddSingleton(csredis);

 services.AddMvc();
}

------------------截取自数据接收Controller-------------------
[Route("batch")]
[HttpPost]
public async Task BatchPutEqidAndProfileIds([FromBody]List<EqidPair> eqidPairs)
{
　　if (!ModelState.IsValid)
　　throw new ArgumentException("Http Body Payload Error.");
　　var redisKey = $"{DateTime.Now.ToString("yyyyMMdd")}"; 
   eqidPairs = await EqidExtractor.EqidExtractAsync(eqidPairs);
   if (eqidPairs != null && eqidPairs.Any())
　　　　RedisHelper.LPush(redisKey, eqidPairs.ToArray());
　　　　await Task.CompletedTask;
 }

 

 消费者webapp

     根据以上RedisMQ思路，事件消费方式是拉取pull，故需要轮询Redis  List数据结构，这里使用ASPNetCore内置的BackgroundService后台服务类实现后台轮询消费任务。

public class BackgroundJob : BackgroundService
    {
        private readonly IEqidPairHandler _eqidPairHandler;
        private readonly CSRedisClient[] _cSRedisClients;
        private readonly IConfiguration _conf;
        private readonly ILogger _logger;
        public BackgroundJob(IEqidPairHandler eqidPairHandler, CSRedisClient[] csRedisClients,IConfiguration conf,ILoggerFactory loggerFactory)
        {
            _eqidPairHandler = eqidPairHandler;
            _cSRedisClients = csRedisClients;
            _conf = conf;
            _logger = loggerFactory.CreateLogger(nameof(BackgroundJob));
        }

        protected override async Task ExecuteAsync(CancellationToken stoppingToken)
        {
            _logger.LogInformation("Service starting");
            if (_cSRedisClients[0] == null)
            {
                _cSRedisClients[0] = new CSRedisClient(_conf.GetConnectionString("redis") + ",defaultDatabase=" + 0);
            }
            RedisHelper.Initialization(_cSRedisClients[0]);

            while (!stoppingToken.IsCancellationRequested)
            {
                var key = $"eqidpair:{DateTime.Now.ToString("yyyyMMdd")}";
                var eqidpair = RedisHelper.BRPop(5, key);     // 阻塞读，若指定List没有新元素，在给定超时时间内，该命令会阻塞当前redis连接，直到超时返回nil， 这样做的目的在于减小Redis压力。   
                if (eqidpair != null)
                    await _eqidPairHandler.AcceptEqidParamAsync(JsonConvert.DeserializeObject<EqidPair>(eqidpair));

                // 弱建议休眠一段时间，防止突发大流量导致webApp进程CPU满载，自行根据场景设置合理休眠时间， 不设置也是可以的
                await Task.Delay(5, stoppingToken);
            }
            _logger.LogInformation("Service stopping");
        }
    }

最后依照引言中的部署原理图，将Nginx,Receiver, WebApp使用docker-compose工具容器化

根据docker-compsoe up命令的用法，若容器正在运行且对应的Service Configuration或Image并未改变，该容器不会被ReCreate；

docker-compose  up指令只会重建（Service或Image变更）的容器。

If there are existing containers for a service, and the service’s configuration or image was changed after the container’s creation, docker-compose up picks up the changes by stopping and recreating the containers (preserving mounted volumes). To prevent Compose from picking up changes, use the --no-recreate flag.

做一次上线测试验证，修改docker-compose.yml文件Web app的容器服务，docker-compose up；

仅数据处理程序WebApp容器被重建：

　Nice,分布式改造上线，效果很明显，现在可以放心安全的迭代Web App数据处理程序。

作者：JulianHuang

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