Redis里那种特别快的优先队列，怎么用和它到底有多厉害

整理自付磊的文章《Redis 的优先级分布式队列实现》和张仕华的文章《Redis在京东到家的订单中的使用》，并参考了Redis官方文档中对有序集合（Sorted Set）的说明）

好的,直接来说说Redis里那种“特别快”的优先队列，它其实并不是一个叫“优先队列”的独立功能，而是由一个叫做有序集合（Sorted Set，简称ZSet） 的数据结构变通实现的，你可以把它想象成一个排行榜，但玩法非常灵活，完全可以当成一个高性能的队列来用。

它到底有多厉害？

它的“厉害”主要体现在两个方面：速度快和功能强。

1. 速度惊人：Redis的数据都放在内存里，所以读写操作本身就在纳秒到毫秒级别，极其迅速，对于有序集合的关键操作，比如插入一个带分数的元素（ZADD命令）或者从队列头取出优先级最高的元素（ZPOPMIN或ZRANGE ... WITHSCORES），其时间复杂度都是O(log N)，这里的N是队列里的元素数量，O(log N)是个什么概念呢？就是说即使你的队列里堆积了100万个任务，执行一次插入或取出最高优先级任务的操作，也仅仅需要大约20次计算步骤，这种效率是数据库或者基于磁盘的队列系统完全无法比拟的，非常适合需要实时处理的场景。

2. 功能强大且灵活：

   • 严格的优先级：和有些队列只能分几个模糊等级不同，Redis有序集合的“分数（Score）”是浮点数，可以非常精确地设定优先级，你可以用时间戳作为分数，实现严格的先进先出；也可以设置0代表低，1代表中，2代表高；甚至可以用“优先级数值 + 时间戳”的组合来保证同优先级下的先后顺序。
   • 不仅仅是队列：因为它本质是“集合”，所以它天然支持去重，如果你添加一个和已有成员完全一样的元素（值和分数都相同），它会自动覆盖，避免重复任务入队。
   • 丰富的操作：你不仅可以取出最高或最低优先级的任务，还可以查看某个范围的任务（比如查看所有“高优先级”的任务），或者根据分数范围来消费任务，这给了业务设计极大的灵活性。

具体怎么用？

把有序集合当成优先队列来用,主要依赖几个核心命令，整个过程非常直观：

1. 入队（添加任务）：使用 ZADD 命令。

   • 命令格式：ZADD queue_name 优先级分数 任务内容
   • 例子：假设我们有一个订单处理队列。
     • ZADD order_queue 1627890123 "order_id_1001" // 分数用下单时间戳，实现FIFO
     • ZADD order_queue 10 "order_id_1002" // 分数10代表高优先级订单（如VIP用户）
     • ZADD order_queue 1 "order_id_1003" // 分数1代表普通订单
   • 这里,“任务内容”通常是一个唯一的标识符（如订单ID），具体的订单详情可以存放在Redis的另一个键值对（String）中，通过这个ID来查询，这样可以避免有序集合的值过大。

2. 出队（获取并移除最高优先级任务）：使用 ZPOPMIN 或 ZPOPMAX 命令。

   • 这取决于你如何定义优先级,如果你像上面例子一样，分数越小，优先级越高（时间戳越小越早，数字越小优先级越高），那么就用 ZPOPMIN 命令，它会取出并删除分数最小的那个元素，也就是优先级最高的任务。
   • 命令：ZPOPMIN order_queue
   • 返回结果：会返回被移除的元素和它的分数，1) "order_id_1003" 2) "1"，你的处理程序拿到 "order_id_1003" 后，再去查询完整的订单信息进行处理。
   • 如果你定义分数越大优先级越高,则使用 ZPOPMAX。

3. 查看而不取出（窥探）：使用 ZRANGE 或 ZREVRANGE。

   • 有时候你想看看队列头是什么任务而不立即处理,可以用 ZRANGE order_queue 0 0 WITHSCORES，这会显示当前分数最小的任务，但不会移除它。

一个关键技巧：阻塞式获取

基础的 ZPOPMIN 是非阻塞的，如果队列为空，会返回nil，在实际应用中，我们往往希望 worker 进程能在队列为空时等待，直到有新任务到来，Redis 没有直接为有序集合提供阻塞弹出的命令，但可以通过一个经典循环来实现：

# 伪代码逻辑
while true:
    # 尝试弹出最高优先级任务
    task = ZPOPMIN order_queue
    if task != nil:
        # 处理这个任务
        process(task)
    else:
        # 队列为空，休眠1秒再试，避免频繁请求消耗CPU
        sleep(1)

对于要求更实时的场景,可以结合 Redis 的发布订阅（Pub/Sub）或者更现代的流（Stream）数据结构，在生产者入队时通知消费者，减少不必要的轮询延迟。

实际应用场景

正如在京东到家的订单系统中应用的那样,这种模式非常适用于：

• 订单调度：优先处理加急订单、预约订单（通过设置不同的分数）。
• 延迟任务：将任务的执行时间设置为分数，worker 不停用 ZPOPMIN 检查，只有到达指定时间的任务才会被取出执行。
• 定时任务调度：原理同延迟任务。
• 任何需要根据紧急程度处理任务的后台系统。

Redis 通过其有序集合数据结构，提供了一个速度极快、功能灵活、足以应对高并发场景的优先队列解决方案，它的强大之处在于将简单的概念（分数排序）与内存的高速访问相结合，辅以丰富的原子操作，使得开发者能够构建出高效可靠的系统，虽然它在消息持久化、事务保证方面可能不如一些专业的消息中间件（如RabbitMQ、Kafka）那么完善，但在追求极致速度和简单优先级的场景下，它是一个非常优秀的选择。