【Spring连载】使用Spring Data访问Redis（九）----Redis流 Streams

Redis Streams以抽象的方法对日志数据结构进行建模。通常，日志是仅追加（append-only）的数据结构，并且从一开始就在随机位置或通过流式传输新消息来消费。
在 Redis参考文档中了解有关Redis Streams的更多信息。
Redis Streams大致可以分为两个功能领域：

• 追加记录
• 消费记录

尽管这种模式与Pub/Sub有相似之处，但主要区别在于消息的持久性以及消息的消费方式。
Pub/Sub依赖于瞬态消息的广播（即，如果你不听，你就会错过消息），而Redis Stream使用了一种持久的、仅追加的数据类型，它会保留消息，直到流被修剪。消费方面的另一个区别是Pub/Sub注册服务器端订阅。Redis将到达的消息推送到客户端，而Redis Streams需要活动轮询（active polling）。
org.springframework.data.redis.connection 和 org.springframework.data.redis.stream包为Redis Streams提供了核心功能。

一、追加Appending

要发送记录，你可以像使用其他操作一样，使用低级（low-level）RedisConnection或高级StreamOperations。这两个实体都提供add (xAdd)方法，该方法接受记录和目标流作为参数。RedisConnection需要原始数据（字节数组），而StreamOperations允许任意对象作为记录传入，如以下示例所示：

// append message through connection
RedisConnection con = …
byte[] stream = …
ByteRecord record = StreamRecords.rawBytes(…).withStreamKey(stream);
con.xAdd(record);// append message through RedisTemplate
RedisTemplate template = …
StringRecord record = StreamRecords.string(…).withStreamKey("my-stream");
template.opsForStream().add(record);

流记录携带一个Map，键值元组，作为它们的payload。将记录附加到流中会返回可作为进一步引用的RecordId。

二、消费Consuming

在消费端，你可以消费一个或多个流。Redis Streams提供读取命令，允许从已知流的任意位置（随机访问）消费流和从流的结束消费新的流记录。
在底层，RedisConnection提供了xRead和xReadGroup方法，它们分别映射Redis命令以在消费者组中进行各自读取。请注意，可以将多个流用作参数。
Redis中的订阅命令可能会被阻塞。也就是说，在连接(connection)上调用xRead会导致当前线程在开始等待消息时阻塞。只有当读取命令超时或收到消息时，线程才会被释放。
要消费流消息，可以在应用程序代码中轮询（poll）消息，也可以通过消息监听器容器使用两个异步接收中的一个（2.2章节），命令式或反应式。每次新记录到达时，容器都会通知应用程序代码。

2.1 同步接收Synchronous reception

虽然流消费通常与异步处理相关联，但也可以同步消费消息。重载的StreamOperations.read(…)方法提供了这个功能。在同步接收期间，调用线程可能会阻塞，直到消息可用为止。属性StreamReadOptions.block指定接收者在放弃等待消息之前应该等待多长时间。

// Read message through RedisTemplate
RedisTemplate template = …List<MapRecord<K, HK, HV>> messages = template.opsForStream().read(StreamReadOptions.empty().count(2),StreamOffset.latest("my-stream"));List<MapRecord<K, HK, HV>> messages = template.opsForStream().read(Consumer.from("my-group", "my-consumer"),StreamReadOptions.empty().count(2),StreamOffset.create("my-stream", ReadOffset.lastConsumed()))

2.2 通过消息监听器容器进行异步接收Asynchronous reception through Message Listener Containers

由于其阻塞性，低级别轮询（low-level polling）没有吸引力，因为它需要为每个消费者提供连接和线程管理。为了缓解这个问题，SpringData提供了消息监听器，它完成了所有繁重的工作。如果你熟悉EJB和JMS，你应该会发现这些概念很熟悉，因为它的设计尽可能接近Spring Framework中的支持及其消息驱动的POJO（MDP）。
Spring Data提供了两种针对所用编程模型量身定制的实现：

• StreamMessageListenerContainer充当命令式编程模型的消息监听器容器。它用于消费Redis流中的记录，并驱动注入其中的StreamListener实例。
• StreamReceiver提供了消息监听器的反应式变体。它用于将Redis流中的消息作为潜在的无限流消费，并通过Flux发出流消息。
  StreamMessageListenerContainer和StreamReceiver负责消息接收和分发到监听器中进行处理的所有线程。消息监听器容器/接收器是MDP和消息传递提供者之间的中介，负责注册接收消息、资源获取和释放、异常转换等。这使你作为应用程序开发人员能够编写与接收消息相关联的（可能复杂的）业务逻辑，并将Redis基础设施的公式化问题委托给框架。
  这两个容器都允许更改运行时配置，以便在应用程序运行时添加或删除订阅，而无需重新启动。此外，容器使用延迟订阅方法，仅在需要时使用RedisConnection。如果所有监听器都被取消订阅，它会自动执行清理，线程就会被释放。

2.2.1 命令式Imperative StreamMessageListenerContainer

以类似于EJB世界中的消息驱动Bean (MDB)的方式，流驱动POJO (SDP)充当流消息的接收者。SDP的一个限制是它必须实现org.springframework.data.redis.stream.StreamListener接口。还请注意，当POJO在多个线程上接收消息的情况下，要确保实现是线程安全的。

class ExampleStreamListener implements StreamListener<String, MapRecord<String, String, String>> {@Overridepublic void onMessage(MapRecord<String, String, String> message) {System.out.println("MessageId: " + message.getId());System.out.println("Stream: " + message.getStream());System.out.println("Body: " + message.getValue());}
}

StreamListener代表了一个函数式接口，因此可以使用Lambda形式重写实现:

message -> {System.out.println("MessageId: " + message.getId());System.out.println("Stream: " + message.getStream());System.out.println("Body: " + message.getValue());
};

一旦你实现了StreamListener，就该创建一个消息监听器容器并注册订阅了:

RedisConnectionFactory connectionFactory = …
StreamListener<String, MapRecord<String, String, String>> streamListener = …StreamMessageListenerContainerOptions<String, MapRecord<String, String, String>> containerOptions = StreamMessageListenerContainerOptions.builder().pollTimeout(Duration.ofMillis(100)).build();StreamMessageListenerContainer<String, MapRecord<String, String, String>> container = StreamMessageListenerContainer.create(connectionFactory,containerOptions);Subscription subscription = container.receive(StreamOffset.fromStart("my-stream"), streamListener);

请参阅各种消息监听器容器的Javadoc，了解每种实现支持的特性的完整描述。

2.2.2 反应式Reactive StreamReceiver

流式数据源的反应式消费通常通过事件或消息的Flux发生。反应式接收器实现提供有StreamReceiver及其重载的receive(…)。与StreamMessageListenerContainer相比，反应式方法需要更少的基础设施资源，如线程，因为它利用了驱动程序提供的线程资源。接收流是StreamMessage的需求驱动（demand-driven）发布者：

Flux<MapRecord<String, String, String>> messages = …return messages.doOnNext(it -> {System.out.println("MessageId: " + message.getId());System.out.println("Stream: " + message.getStream());System.out.println("Body: " + message.getValue());
});

现在我们需要创建StreamReceiver并注册订阅来消费流消息:

ReactiveRedisConnectionFactory connectionFactory = …StreamReceiverOptions<String, MapRecord<String, String, String>> options = StreamReceiverOptions.builder().pollTimeout(Duration.ofMillis(100)).build();
StreamReceiver<String, MapRecord<String, String, String>> receiver = StreamReceiver.create(connectionFactory, options);Flux<MapRecord<String, String, String>> messages = receiver.receive(StreamOffset.fromStart("my-stream"));

请参阅各种消息监听器容器的Javadoc，了解每种实现支持的特性的完整描述。需求驱动的消费使用背压（backpressure）信号来激活和关闭轮询。如果需求得到满足，StreamReceiver订阅暂停轮询，直到订阅者发出进一步需求的信号。根据ReadOffset策略的不同，这可能导致消息被跳过。

2.3 确认策略Acknowledge strategies

当你通过Consumer Group读取消息时，服务器将记住给定的消息已传递并将其添加到Pending Entries List (PEL)中，它是已传递但尚未确认的消息列表。消息必须通过StreamOperations.acknowledge进行确认，才能从PEL中删除，如下面的代码段所示。

StreamMessageListenerContainer<String, MapRecord<String, String, String>> container = ...container.receive(Consumer.from("my-group", "my-consumer"), ------1StreamOffset.create("my-stream", ReadOffset.lastConsumed()),msg -> {// ...redisTemplate.opsForStream().acknowledge("my-group", msg); ------2});1. 作为my-consumer从my-group中读取。接收到的消息不被确认。
2. 确认处理后的消息。

要在接收时自动确认消息，请使用receiveAutoAck而不是receive。

2.4 读取偏移量策略ReadOffset strategies

流读取操作接受读取偏移量规范，以消费给定偏移量的消息。ReadOffset表示读取偏移量规范。Redis支持3种偏移量变体，具体取决于你是单独使用流还是在消费者组中使用流：

• ReadOffset.latest()–读取最新消息。
• ReadOffset.from(…)–在特定消息Id之后读取。
• ReadOffset.lastConsumed()–在上次消费的消息Id之后读取（仅限消费者组）。

在基于消息容器的消费上下文中，我们需要在消费消息时推进（或增加）读取偏移量。推进（advance）取决于请求的ReadOffset和消费模式（有没有消费者组）。以下表格说明了容器如何推进ReadOffset：
表1：推进ReadOffset

Read offset	Standalone	Consumer Group
Latest	读取最新消息	读取最新消息
特定Message Id	使用最后看到的消息作为下一个MessageId	使用最后看到的消息作为下一个MessageId
Last Consumed	使用最后看到的消息作为下一个MessageId	每个消费者组最后消费的消息

从特定的消息id和最后消费（last consumed）的消息中读取可以被认为是安全的操作，可以确保消费追加到流中的所有消息。使用最新消息进行读取可以跳过在轮询操作处于dead time状态时添加到流中的消息。轮询引入了一个dead time，在此期间消息可以在各个轮询命令之间到达。流消耗不是线性连续读取，而是分成重复的XREAD调用。

三、序列化Serialization

任何发送到流的记录都需要被序列化为二进制格式。由于流接近hash数据结构， stream key, field names 和 values使用RedisTemplate上配置的相应序列化器。
表2：流序列化

Stream Property	序列化器	描述
key	keySerializer	用于Record#getStream()
field	hashKeySerializer	用于payload中map的每个key
value	hashValueSerializer	用于payload中map的每个value

请务必查看正在使用的RedisSerializers，并注意如果你决定不使用任何序列化器，则需要确保这些值已经是二进制的。

四、对象映射Object Mapping

4.1 简单值Simple Values

StreamOperations允许通过ObjectRecord将简单的值直接追加到流中，而不必将那些值放入Map结构中。然后将该值分配给一个payload字段，并可以在读回该值时提取该值。

ObjectRecord<String, String> record = StreamRecords.newRecord().in("my-stream").ofObject("my-value");redisTemplate().opsForStream().add(record); ------1List<ObjectRecord<String, String>> records = redisTemplate().opsForStream().read(String.class, StreamOffset.fromStart("my-stream"));
1. 	XADD my-stream * "_class" "java.lang.String" "_raw" "my-value"

ObjectRecords和所有其他记录一样，都要经过相同的序列化过程，因此也可以使用返回MapRecord的非类型化读取操作获得Record。

4.2 复杂值Complex Values

向流添加复杂值可以通过以下三种方式完成：

• 使用例如String JSON的表示转换为简单值。
• 使用合适的RedisSerializer序列化该值。
• 使用HashMapper将值转换为适合序列化的Map。

第一种变体是最直接的变体，但忽略了流结构提供的字段值功能，流中的值对其他消费者来说仍然是可读的。第二个选项与第一个选项具有相同的优点，但可能会导致非常特定的消费者限制，因为所有消费者都必须实现相同的序列化机制。HashMapper方法稍微复杂一点，它使用了stream哈希结构，但将源记录扁平化。只要选择了合适的序列化器组合，其他消费者仍然能够读取记录。
HashMappers将payload转换为具有特定类型的Map。请确保使用能够反序列化哈希的哈希键和哈希值序列化程序。

ObjectRecord<String, User> record = StreamRecords.newRecord().in("user-logon").ofObject(new User("night", "angel"));redisTemplate().opsForStream().add(record); -------1List<ObjectRecord<String, User>> records = redisTemplate().opsForStream().read(User.class, StreamOffset.fromStart("user-logon"));1. XADD user-logon * "_class" "com.example.User" "firstname" "night" "lastname" "angel"

StreamOperations默认使用ObjectHashMapper。在获得StreamOperations时，你可以提供适合你需求的HashMapper。

redisTemplate().opsForStream(new Jackson2HashMapper(true)).add(record); -----11. XADD user-logon * "firstname" "night" "@class" "com.example.User" "lastname" "angel"

StreamMessageListenerContainer可能不知道域类型上使用的任何@TypeAlias，因为这些需要通过MappingContext进行解析。确保用initialEntitySet初始化RedisMappingContext。

@Bean
RedisMappingContext redisMappingContext() {RedisMappingContext ctx = new RedisMappingContext();ctx.setInitialEntitySet(Collections.singleton(Person.class));return ctx;
}@Bean
RedisConverter redisConverter(RedisMappingContext mappingContext) {return new MappingRedisConverter(mappingContext);
}@Bean
ObjectHashMapper hashMapper(RedisConverter converter) {return new ObjectHashMapper(converter);
}@Bean
StreamMessageListenerContainer streamMessageListenerContainer(RedisConnectionFactory connectionFactory, ObjectHashMapper hashMapper) {StreamMessageListenerContainerOptions<String, ObjectRecord<String, Object>> options = StreamMessageListenerContainerOptions.builder().objectMapper(hashMapper).build();return StreamMessageListenerContainer.create(connectionFactory, options);
}