5 张图带你理解 RocketMQ 延时消息机制

大家好，今天来聊一聊 RocketMQ 的延时消息是怎么实现的。

延时消息是指发送到 RocketMQ 后不会马上被消费者拉取到，而是等待固定的时间，才能被消费者拉取到，而不是立刻被消费。

延时消息的使用场景很多，比如电商场景下关闭超时未支付的订单，某些场景下需要在固定时间后发送提示消息。

1 生产者

首先看一个生产者发送延时消息的官方示例代码：

public static void main(String[] args) throws Exception {
 // Instantiate a producer to send scheduled messages
 DefaultMQProducer producer = new DefaultMQProducer("ExampleProducerGroup");
 // Launch producer
 producer.start();
 int totalMessagesToSend = 100;
 for (int i = 0; i < totalMessagesToSend; i++) {
  Message message = new Message("TestTopic", ("Hello scheduled message " + i).getBytes());
  // This message will be delivered to consumer 10 seconds later.
  message.setDelayTimeLevel(3);
  // Send the message
  producer.send(message);
 }
 
 // Shutdown producer after use.
 producer.shutdown();
}

从上面的代码可以看到，跟普通消息不一样的是，消息设置 setDelayTimeLevel 属性值，这里设置为 3，这里最终将 3 这个延时级别复制给了 DELAY 属性。

关于延时级别，可以看下面这个定义：

//MessageStoreConfig类
private String messageDelayLevel = "1s 5s 10s 30s 1m 2m 3m 4m 5m 6m 7m 8m 9m 10m 20m 30m 1h 2h";

这里延时级别有 18 个，上面的示例代码中延迟级别是 3，消息会延迟 10s 后消费者才能拉取。

2 Broker 处理

2.1 写入消息

Broker 收到消息后，会将消息写入 CommitLog。在写入时，会判断消息 DELAY 属性是否大于 0。代码如下：

//CommitLog 类
if (msg.getDelayTimeLevel() > 0) {
 if (msg.getDelayTimeLevel() > this.defaultMessageStore.getScheduleMessageService().getMaxDelayLevel()) {
  msg.setDelayTimeLevel(this.defaultMessageStore.getScheduleMessageService().getMaxDelayLevel());
 }

 topic = TopicValidator.RMQ_SYS_SCHEDULE_TOPIC;
 int queueId = ScheduleMessageService.delayLevel2QueueId(msg.getDelayTimeLevel());

 // Backup real topic, queueId
 MessageAccessor.putProperty(msg, MessageConst.PROPERTY_REAL_TOPIC, msg.getTopic());
 MessageAccessor.putProperty(msg, MessageConst.PROPERTY_REAL_QUEUE_ID, String.valueOf(msg.getQueueId()));
 msg.setPropertiesString(MessageDecoder.messageProperties2String(msg.getProperties()));

 msg.setTopic(topic);
 msg.setQueueId(queueId);
}

从上面的代码可以看到，CommitLog 写入时并没有直接写入，而是把 Topic 改为 SCHEDULE_TOPIC_XXXX，把 queueId 改为延时级别减 1。因为延时级别有 18 个，所以这里有 18 个队列。如下图：

2.2 调度消息

延时消息写入后，会有一个调度任务不停地拉取这些延时消息，这个逻辑在类 ScheduleMessageService。这个类的初始化代码如下：

public void start() {
 if (started.compareAndSet(false, true)) {
  this.load();
  this.deliverExecutorService = new ScheduledThreadPoolExecutor(this.maxDelayLevel, new ThreadFactoryImpl("ScheduleMessageTimerThread_"));
  //省略部分逻辑
  for (Map.Entry<Integer, Long> entry : this.delayLevelTable.entrySet()) {
   Integer level = entry.getKey();
   Long timeDelay = entry.getValue();
   Long offset = this.offsetTable.get(level);
   if (null == offset) {
    offset = 0L;
   }

   if (timeDelay != null) {
    //省略部分逻辑
    this.deliverExecutorService.schedule(new DeliverDelayedMessageTimerTask(level, offset), FIRST_DELAY_TIME, TimeUnit.MILLISECONDS);
   }
  }
        //省略持久化的逻辑
 }
}

上面的 load() 方法会加载一个 delayLevelTable（ConcurrentHashMap类型），key 保存延时级别（从 1 开始），value 保存延时时间(单位是 ms)。

load() 方法结束后，创建了一个有 18 个核心线程的定时线程池，然后遍历 delayLevelTable，创建 18 个任务（DeliverDelayedMessageTimerTask）进行每个延时级别的任务调度。任务调度的代码逻辑如下：

public void executeOnTimeup() {
 ConsumeQueue cq =
  ScheduleMessageService.this.defaultMessageStore.findConsumeQueue(TopicValidator.RMQ_SYS_SCHEDULE_TOPIC,
   delayLevel2QueueId(delayLevel));

 if (cq == null) {
  this.scheduleNextTimerTask(this.offset, DELAY_FOR_A_WHILE);
  return;
 }

 SelectMappedBufferResult bufferCQ = cq.getIndexBuffer(this.offset);
 if (bufferCQ == null) {
  //省略部分逻辑
  this.scheduleNextTimerTask(resetOffset, DELAY_FOR_A_WHILE);
  return;
 }

 long nextOffset = this.offset;
 try {
  int i = 0;
  ConsumeQueueExt.CqExtUnit cqExtUnit = new ConsumeQueueExt.CqExtUnit();
  for (; i < bufferCQ.getSize() && isStarted(); i += ConsumeQueue.CQ_STORE_UNIT_SIZE) {
   long offsetPy = bufferCQ.getByteBuffer().getLong();
   int sizePy = bufferCQ.getByteBuffer().getInt();
   long tagsCode = bufferCQ.getByteBuffer().getLong();
            //省略部分逻辑
   long now = System.currentTimeMillis();
   long deliverTimestamp = this.correctDeliverTimestamp(now, tagsCode);
   nextOffset = offset + (i / ConsumeQueue.CQ_STORE_UNIT_SIZE);

   long countdown = deliverTimestamp - now;
   if (countdown > 0) {
    this.scheduleNextTimerTask(nextOffset, DELAY_FOR_A_WHILE);
    return;
   }

   MessageExt msgExt = ScheduleMessageService.this.defaultMessageStore.lookMessageByOffset(offsetPy, sizePy);
   if (msgExt == null) {
    continue;
   }

   MessageExtBrokerInner msgInner = ScheduleMessageService.this.messageTimeup(msgExt);
   //事务消息判断省略
   boolean deliverSuc;
   //只保留同步
   deliverSuc = this.syncDeliver(msgInner, msgExt.getMsgId(), nextOffset, offsetPy, sizePy);

   if (!deliverSuc) {
    this.scheduleNextTimerTask(nextOffset, DELAY_FOR_A_WHILE);
    return;
   }
  }

  nextOffset = this.offset + (i / ConsumeQueue.CQ_STORE_UNIT_SIZE);
 } catch (Exception e) {
  log.error("ScheduleMessageService, messageTimeup execute error, offset = {}", nextOffset, e);
 } finally {
  bufferCQ.release();
 }
 this.scheduleNextTimerTask(nextOffset, DELAY_FOR_A_WHILE);
}

这段代码可以参考下面的流程图来进行理解：

上面有一个修正投递时间的函数，这个函数的意义是如果已经过了投递时间，那么立即投递。代码如下：

private long correctDeliverTimestamp(final long now, final long deliverTimestamp) {
 long result = deliverTimestamp;

 long maxTimestamp = now + ScheduleMessageService.this.delayLevelTable.get(this.delayLevel);
 if (deliverTimestamp > maxTimestamp) {
  result = now;
 }
 return result;
}

注意：消息从 CommitLog 转发到 ConsumeQueue 时，会判断是否是延时消息（Topic = SCHEDULE_TOPIC_XXXX 并且延时级别大于 0），如果是延时消息，就会修改 tagsCode 值为消息投递的时间戳，而 tagsCode 原值是 tag 的 HashCode。代码如下：

//CommitLog类checkMessageAndReturnSize方法
if (delayLevel > 0) {
 tagsCode = this.defaultMessageStore.getScheduleMessageService().computeDeliverTimestamp(delayLevel,
  storeTimestamp);
}

如下图：

而 ScheduleMessageService 调度线程将消息从 ConsumeQueue 重新投递到原始队列中时，会把 tagsCode 再次修改为 tag 的 HashCode，代码如下：

//类MessageExtBrokerInner，这个方法被 messageTimeup 方法调用。
public static long tagsString2tagsCode(final TopicFilterType filter, final String tags) {
 if (null == tags || tags.length() == 0) { return 0; }

 return tags.hashCode();
}

如下图：

2.3 一个问题

如果有一个业务场景，要求延时消息 3 小时才能消费，而 RocketMQ 的延时消息最大延时级别只支持延时 2 小时，怎么处理？

这里提供两个思路供大家参考：

• 在 Broker 上修改 messageDelayLevel 的默认配置；

• 在客户端缓存 msgId，先设置延时级别是 18（2h），当客户端拉取到消息后首先判断有没有缓存，如果有缓存则再次发送延时消息，这次延时级别是 17（1h），如果没有缓存则进行消费。

3 总结

经过上面的讲解，延时消息的处理流程如下：

最后，延时消息的延时时间并不精确，这个时间是 Broker 调度线程把消息重新投递到原始的 MessageQueue 的时间，如果发生消息积压或者 RocketMQ 客户端发生流量管控，客户端拉取到消息后进行处理的时间可能会超出预设的延时时间。