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delay-queue.md

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camellia-delay-queue

介绍

基于redis实现的一款延迟队列服务

特性

  • 基于redis实现,底层使用CamelliaRedisTemplate,支持redis-standalone、redis-sentinel、redis-cluster
  • 对外以http接口方式暴露服务,语言无关,对于消费端当前基于pull模型(支持长轮询,也支持短轮询),未来会提供push模型
  • 提供了camellia-delay-queue-server-spring-boot-starter,快速部署delay-queue-server集群
  • 支持节点水平扩展,支持多topic
  • 提供丰富的监控数据
  • 支持使用prometheus/grafana来监控proxy集群,参考:prometheus-grafana
  • 提供了一个java-sdk,也提供了camellia-delay-queue-sdk-spring-boot-starter,方便快速接入
  • 注意事项:1.0.61版本开始支持长轮询,且java-sdk默认使用长轮询,如果有升级,请注意升级顺序(需要先升级server,再升级sdk)

服务架构

架构说明

名词解释

  • topic,delay-queue-server通过topic来区分不同的延迟队列
  • namespace,每个delay-queue-server都会有一个命名空间,不同的server可以通过不同的redis地址来隔离,也可以通过不同的namespace来隔离
  • msg,提交给delay-queue-server的消息,是一个字符串,不建议太长,避免占用过多的redis内存资源
  • msgId,用于标识一条消息(topic内唯一),可以发送消息时指定,也可以不指定由服务器生成,当客户端指定时,相同msgId的消息重复发送会被去重(只有第一次能成功),此外,你可以基于这个msgId去进行查询和删除msg
  • delayMillis,消息的延迟时间,单位ms,表示提交msg之后多久可以被消费
  • ttlMillis,表示消息的过期时间,指的是消息状态转变为可消费后,多久之内如果未被成功消费,则会被删除
  • maxRetry,表示消费时的最大重试次数,最多消费次数是maxRetry+1,ttlMillis和maxRetry任一一个满足,消息将不再被投递给消费者

原理解析

  • 基本原理基于redis+定时器实现
  • 服务器主要包括五个数据结构
数据结构 类型 redis结构说明 功能
waitingQueue ZSET key=前缀+namespace+topic
value=msgId
score=消息触发时间戳(如果是延迟10s,则为服务器收到消息时的当前时间戳+10s)
服务器会启动定时器定时扫描score大于当前时间戳的msgId,移动到readyQueue
readyQueue LIST key=前缀+namespace+topic
value=msgId
先进先出
当客户端来pullMsg时,会检查readyQueue中是否有待消费的消息,如果有,则把msgId从readyQueue移动到ackQueue
ackQueue ZSET key=前缀+namespace+topic
value=msgId
score=消息消费的超时时间(如果超时时间是30s,则为消息被pull时的服务器当前时间戳+30s)
当消息被pull后,msgId位于ackQueue中,服务器会启动定时器扫描消费超时的消息,移动回readyQueue中重试,如果已经超过最大重试次数,则直接删除
topicQueue ZSET key=前缀+namespace
value是topic
score=topic最近一次操作时间
所有的定时器的根节点来自于本队列中维护的topic,此外会检测非活跃的topic,并进行资源回收
msg STRING key=前缀+namespace+topic+msgId
value=msg
其他数据结构只记录msgId,此外,当消息被消费成功了或者过期了,消息不会立即删除,而是会再保存一小段时间用于一些查询请求
  • 服务器会启动多个扫描线程,扫描topic和消息的状态,当部署多节点时,各个节点会使用分布式锁来避免并发操作,同时也能提高效率
  • 多个数据结构之间的状态转换,使用了redis的lua脚本来保证原子性
  • 通过redis的pubsub通道来实现长轮询的通知通道
  • 对外暴露的核心接口包括:sendMsg、longPollingMsg、pullMsg、ackMsg、getMsg、deleteMsg
  • 此外还提供了getMonitorData、getTopicInfo、getTopicInfoList这样的监控接口用于暴露数据

快速开始

搭建delay-queue-server

建立一个spring-boot工程,引入maven依赖

<dependency>
    <groupId>com.netease.nim</groupId>
    <artifactId>camellia-delay-queue-server-spring-boot-starter</artifactId>
    <version>1.2.27</version>
</dependency>

编写main方法

@SpringBootApplication
@ComponentScan(basePackages = {"com.netease.nim.camellia.delayqueue.server"})
public class Application {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(Application.class, args);
    }
}

增加application.yml文件,主要是设置redis地址

server:
  port: 8080
spring:
  application:
    name: camellia-delay-queue-server

camellia-delay-queue-server:
  ttl-millis: 3600000 #消息延迟时间到达转为可消费状态后,多久没有被成功消费后被删除,默认1h,提交消息时可以对每条消息都设置,如果不设置则走这个默认值
  max-retry: 10 #消息延迟时间到达转为可消费状态后,最多被消费几次后还未成功ack后,也会标记为删除,默认10次,提交消息时可以对每条消息都设置,如果不设置则走这个默认值
  ack-timeout-millis: 30000 #每次消息被消费后的ack超时时间,消费者来拉取时可以设置,如果没有设置,则使用本默认值
#  monitorIntervalSeconds: 60 #监控数据刷新周期,默认60s
#  namespace: default #命名空间,默认default
#  schedule-thread-num: 4 #定时器的线程池大小,默认是cpu数,一般不需要特殊配置
#  msg-schedule-millis: 100 #定时器的轮询间隔,代表了延迟消息的时间精确度,默认100ms,一般不需要特殊配置
#  topic-schedule-seconds: 600 #扫描topic是否活跃的间隔,默认600s,一般不需要特殊配置
#  check-trigger-thread-num: 32 #扫描消息是否可消费的线程池大小,默认是cpu数*4,一般不需要特殊配置
#  check-timeout-thread-num: 32 #扫描消息是否消息超时的线程池大小,默认是cpu数*4,一般不需要特殊配置
#  end-life-msg-expire-millis: 3000000 #消息到达终态(成功消息or过期or重试次数超限等),消息继续保留用于查询的缓存时间,默认5分钟
#  topic-active-tag-timeout-millis: 1800000 #一个topic多久不活跃(没有待消费的消息,也没有针对该topic的增删改查操作)会被回收相关资源,默认30分钟


camellia-redis:
  type: local
  local:
    resource: redis://@127.0.0.1:6379  #redis-standalone
  #    resource: redis://passwd@127.0.0.1:6379  #redis-standalone with password
  #    resource: redis-cluster://@127.0.0.1:6379,127.0.0.1:6380,127.0.0.1:6381 #redis-cluster
  #    resource: redis-cluster://passwd@127.0.0.1:6379,127.0.0.1:6380,127.0.0.1:6381 #redis-cluster with password
  #    resource: redis-sentinel://@127.0.0.1:6379,127.0.0.1:6380,127.0.0.1:6381/masterName  #redis-sentinel
  #    resource: redis-sentinel://passwd@127.0.0.1:16379,127.0.0.1:16380,127.0.0.1:16381/masterName  #redis-sentinel with password
  redis-conf:
    jedis:
      timeout: 2000
      min-idle: 0
      max-idle: 32
      max-active: 32
      max-wait-millis: 2000
    jedis-cluster:
      max-wait-millis: 2000
      min-idle: 0
      max-idle: 8
      max-active: 16
      max-attempts: 5
      timeout: 2000

随后,启动即可

使用按照包启动delay-queue服务器

使用安装包快速启动delay-queue-server,具体见:quick-start-package

如果要使用java21/spring-boot3/docker,请参考:camellia-jdk21-bootstraps

producer示例

建立一个spring-boot工程,引入maven依赖:

<dependency>
    <groupId>com.netease.nim</groupId>
    <artifactId>camellia-delay-queue-sdk-spring-boot-starter</artifactId>
    <version>1.2.27</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>

增加application.yml文件,主要是配置delay-queue-server的地址(可以基于nginx配置一个域名,也可以基于注册中心)

server:
  port: 8081
spring:
  application:
    name: camellia-delay-queue-producer


camellia-delay-queue-sdk:
  url: http://127.0.0.1:8080
  listener-config:
    ack-timeout-millis: 30000 #消费时告知服务器的消费ack超时时间,默认30s,添加listener时可以单独设置,如果未设置,则走本默认配置
    pull-batch: 1 #每次pullMsg时的批量大小,默认1,添加listener时可以单独设置,如果未设置,则走本默认配置,需要特别注意pull-batch和ack-timeout-millis的关系,避免未及时ack被服务器判断超时导致重复消费
    pull-interval-time-millis: 100 #pullMsg的轮询间隔,默认100ms,添加listener时可以单独设置,如果未设置,则走本默认配置
    pull-threads: 1 #每个listener的默认pullMsg线程数量,默认1,添加listener时可以单独设置,如果未设置,则走本默认配置
    consume-threads: 1 #每个listener的消息消费线程数量,默认1,添加listener时可以单独设置,如果未设置,则走本默认配置
  http-config:
    connect-timeout-millis: 5000 #到server的http超时配置,默认5000,一般不需要特殊配置
    read-timeout-millis: 5000 #到server的http超时配置,默认5000,一般不需要特殊配置
    write-timeout-millis: 500 #到server的http超时配置,默认5000,一般不需要特殊配置
    max-requests: 4096 #到server的http配置,一般不需要特殊配置
    max-requests-per-host: 1024 #到server的http配置,一般不需要特殊配置
    max-idle-connections: 1024 #到server的http配置,一般不需要特殊配置
    keep-alive-seconds: 30 #到server的http配置,一般不需要特殊配置

编写生产入口代码,spring会自动注入CamelliaDelayQueueSdk

@RestController
public class ProducerController {

    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(ProducerController.class);

    @Autowired
    private CamelliaDelayQueueSdk delayQueueSdk;

    @RequestMapping("/sendDelayMsg")
    public CamelliaDelayMsg sendDelayMsg(@RequestParam("topic") String topic,
                                         @RequestParam("msg") String msg,
                                         @RequestParam("delaySeconds") long delaySeconds,
                                         @RequestParam(value = "ttlSeconds", required = false, defaultValue = "30") long ttlSeconds,
                                         @RequestParam(value = "maxRetry", required = false, defaultValue = "3") int maxRetry) {
        logger.info("sendDelayMsg, topic = {}, msg = {}, delaySeconds = {}, ttlSeconds = {}, maxRetry = {}", topic, msg, delaySeconds, ttlSeconds, maxRetry);
        return delayQueueSdk.sendMsg(topic, msg, delaySeconds, TimeUnit.SECONDS, ttlSeconds, TimeUnit.SECONDS, maxRetry);
    }
}

增加主类,启动即可

consumer示例

建立一个spring-boot工程,引入maven依赖:

<dependency>
    <groupId>com.netease.nim</groupId>
    <artifactId>camellia-delay-queue-sdk-spring-boot-starter</artifactId>
    <version>1.2.27</version>
</dependency>

增加application.yml文件,主要是配置delay-queue-server的地址(可以基于nginx配置一个域名,也可以基于注册中心)

server:
  port: 8081
spring:
  application:
    name: camellia-delay-queue-consumer


camellia-delay-queue-sdk:
  url: http://127.0.0.1:8080
  listener-config:
    ack-timeout-millis: 30000 #消费时告知服务器的消费ack超时时间,默认30s,添加listener时可以单独设置,如果未设置,则走本默认配置
    pull-batch: 1 #每次pullMsg时的批量大小,默认1,添加listener时可以单独设置,如果未设置,则走本默认配置,需要特别注意pull-batch和ack-timeout-millis的关系,避免未及时ack被服务器判断超时导致重复消费
    pull-interval-time-millis: 100 #pullMsg的轮询间隔,默认100ms,添加listener时可以单独设置,如果未设置,则走本默认配置,短轮询时本配置生效
    pull-threads: 1 #每个listener的默认pullMsg线程数量,默认1,添加listener时可以单独设置,如果未设置,则走本默认配置
    consume-threads: 1 #每个listener的消息消费线程数量,默认1,添加listener时可以单独设置,如果未设置,则走本默认配置
    long-polling-enable: true #是否开启长轮询,默认true
    long-polling-timeout-millis: 10000 #长轮询的超时时间,默认10s
  http-config:
    connect-timeout-millis: 5000 #到server的http超时配置,默认5000,一般不需要特殊配置
    read-timeout-millis: 5000 #到server的http超时配置,默认5000,一般不需要特殊配置
    write-timeout-millis: 500 #到server的http超时配置,默认5000,一般不需要特殊配置
    max-requests: 4096 #到server的http配置,一般不需要特殊配置
    max-requests-per-host: 1024 #到server的http配置,一般不需要特殊配置
    max-idle-connections: 1024 #到server的http配置,一般不需要特殊配置
    keep-alive-seconds: 30 #到server的http配置,一般不需要特殊配置

编写CamelliaDelayMsgListener:

/**
 * 使用spring托管
 * 此时需要service实现CamelliaDelayMsgListener接口,并且添加@CamelliaDelayMsgListenerConfig注解设置topic以及其他参数
 * Created by caojiajun on 2022/7/21
 */
@Component
@CamelliaDelayMsgListenerConfig(topic = "topic1", pullThreads = 1, consumeThreads = 3)
public class ConsumerService1 implements CamelliaDelayMsgListener {

    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(ConsumerService1.class);

    @Override
    public boolean onMsg(CamelliaDelayMsg delayMsg) {
        try {
            logger.info("onMsg, time-gap = {}, delayMsg = {}", System.currentTimeMillis() - delayMsg.getTriggerTime(), JSONObject.toJSONString(delayMsg));
            return true;
        } catch (Exception e) {
            logger.error(e.getMessage(), e);
            return false;//返回false,则delay-queue-server会重试
        }
    }
}

编写主类,启动即可,则consumer会消费对应的topic的消息

上述示例代码参见:(see sample-code
直接依次启动server、producer、consumer即可,随后你可以通过producer往delay-queue-server发送一条延迟消息:

#表示给topic1发送了一条消息,内容是abc,延迟10s执行
curl 'http://127.0.0.1:8081/sendDelayMsg?topic=topic1&msg=abc&delaySeconds=10'

随后,你可以观察delay-queue-server和consumer的日志

对于producer和consumer,除了引入spring-boot-starter,也可以引入裸的sdk包,自己去new一个CamelliaDelayQueueSdk实例,随后进行消息的发送和消费监听:

<dependency>
    <groupId>com.netease.nim</groupId>
    <artifactId>camellia-delay-queue-sdk</artifactId>
    <version>1.2.27</version>
</dependency>

示例代码:

public class TestMain {

    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(ConsumerService1.class);

    public static void main(String[] args) {
        CamelliaDelayQueueSdkConfig config = new CamelliaDelayQueueSdkConfig();
        config.setUrl("http://127.0.0.1:8080");
        CamelliaDelayQueueSdk sdk = new CamelliaDelayQueueSdk(config);
        
        //发送消息
        sdk.sendMsg("topic1", "abc", 10, TimeUnit.SECONDS);
        
        //消费消息
        sdk.addMsgListener("topic1", delayMsg -> {
            try {
                logger.info("onMsg, time-gap = {}, delayMsg = {}", 
                        System.currentTimeMillis() - delayMsg.getTriggerTime(), JSONObject.toJSONString(delayMsg));
                return true;
            } catch (Exception e) {
                logger.error(e.getMessage(), e);
                return false;
            }
        });
    }
}

一个简单的性能测试

  • 台式机(cpu=i5-10500),使用idea直接跑(没有调启动参数),先启动camellia-delay-queue-server-samples,再启动PerformanceTest.java(源码见 sample-code
  • 100个topic,每个topic1000条消息,每个topic设置10个消费线程,每条消息延迟10s-70s不等(随机),10w条消息在41s内发送完毕
  • 消费端的延迟(实际消费时间和预期消费时间的GAP),平均43ms,最大798ms,可以看到没有delay不稳定的情况

接口文档

对于java客户端,使用sdk基本满足了需求,如果是其他语言,可以基于delay-queue-server的服务器api自行封装sdk
服务器接口文档如下:

发送消息

POST /camellia/delayQueue/sendMsg HTTP/1.1
Content-Type:application/x-www-form-urlencoded;charset=utf-8

参数 类型 是否必填 说明
topic string topic
msgId string 消息id,topic内唯一,如果不填则由服务器生成;相同msgId的消息重复发送会被去重(只有第一次有效)
msg string 消息内容
delayMillis number 延迟时间,单位ms
ttlMillis number 过期时间,单位ms,若不填或者小于等于0,则使用服务器默认配置
maxRetry number 消费最大重试次数,若不填或者小于0,则使用服务器默认配置

响应

{
  "code": 200,
  "msg": "success",
  "delayMsg":
  {
    "topic": "topic1",
    "msgId": "6faa7316bc504f97aa6dd03ae12a2170",
    "msg": "abc",
    "produceTime": 1658492212132,
    "triggerTime": 1658492222132,
    "expireTime": 1658492242132,
    "maxRetry": 3,
    "retry": 0,
    "status": 1
  }
}

删除消息

POST /camellia/delayQueue/deleteMsg HTTP/1.1
Content-Type:application/x-www-form-urlencoded;charset=utf-8

参数 类型 是否必填 说明
topic string topic
msgId string 消息id
release boolean 是否立即释放redis内存,默认false

响应

{
  "code": 200,
  "msg": "success"
}

pull消息用于消费(短轮询接口,不管有没有消息立即返回)

POST /camellia/delayQueue/pullMsg HTTP/1.1
Content-Type:application/x-www-form-urlencoded;charset=utf-8

参数 类型 是否必填 说明
topic string topic
ackTimeoutMillis number 拉到的消息,多久之内ack,如果超时未ack,服务器将重试,如果不填或者小于0则使用服务器默认配置
batch number 最多拉多少条,如果不填或者小于0则使用服务器默认配置

响应

{
  "code": 200,
  "msg": "success",
  "delayMsgList":
  [
    {
      "topic": "topic1",
      "msgId": "6faa7316bc504f97aa6dd03ae12a2170",
      "msg": "abc",
      "produceTime": 1658492212132,
      "triggerTime": 1658492222132,
      "expireTime": 1658492242132,
      "maxRetry": 3,
      "retry": 0,
      "status": 1
    },
    {
      "topic": "topic1",
      "msgId": "6faa7316bc504f97aa6dd03ae12a2171",
      "msg": "def",
      "produceTime": 1658492212132,
      "triggerTime": 1658492222132,
      "expireTime": 1658492242132,
      "maxRetry": 3,
      "retry": 0,
      "status": 1
    }
  ]
}

pull消息用于消费(长轮询接口,如果有消息立即返回,如果没有消息,会hold住连接直到longPollingTimeoutMillis)

POST /camellia/delayQueue/longPollingMsg HTTP/1.1
Content-Type:application/x-www-form-urlencoded;charset=utf-8

参数 类型 是否必填 说明
topic string topic
ackTimeoutMillis number 拉到的消息,多久之内ack,如果超时未ack,服务器将重试,如果不填或者小于0则使用服务器默认配置
batch number 最多拉多少条,如果不填或者小于0则使用服务器默认配置
longPollingTimeoutMillis number 长轮询的服务器超时时间,客户端http超时时间务必超过本参数,如果不填或者小于0则使用服务器默认配置

响应

{
  "code": 200,
  "msg": "success",
  "delayMsgList":
  [
    {
      "topic": "topic1",
      "msgId": "6faa7316bc504f97aa6dd03ae12a2170",
      "msg": "abc",
      "produceTime": 1658492212132,
      "triggerTime": 1658492222132,
      "expireTime": 1658492242132,
      "maxRetry": 3,
      "retry": 0,
      "status": 1
    },
    {
      "topic": "topic1",
      "msgId": "6faa7316bc504f97aa6dd03ae12a2171",
      "msg": "def",
      "produceTime": 1658492212132,
      "triggerTime": 1658492222132,
      "expireTime": 1658492242132,
      "maxRetry": 3,
      "retry": 0,
      "status": 1
    }
  ]
}

ack消息

POST /camellia/delayQueue/ackMsg HTTP/1.1
Content-Type:application/x-www-form-urlencoded;charset=utf-8

参数 类型 是否必填 说明
topic string topic
msgId string 消息id

响应

{
  "code": 200,
  "msg": "success"
}

获取消息

POST /camellia/delayQueue/getMsg HTTP/1.1
Content-Type:application/x-www-form-urlencoded;charset=utf-8

参数 类型 是否必填 说明
topic string topic
msgId string 消息id

响应

{
  "code": 200,
  "msg": "success",
  "delayMsg":
  {
    "topic": "topic1",
    "msgId": "6faa7316bc504f97aa6dd03ae12a2170",
    "msg": "abc",
    "produceTime": 1658492212132,
    "triggerTime": 1658492222132,
    "expireTime": 1658492242132,
    "maxRetry": 3,
    "retry": 0,
    "status": 1
  }
}

消息状态:

  • 1表示消息处于等待状态
  • 2表示消息已经到期,等待消费
  • 3表示消息正在被消费,尚未收到ack
  • 4表示消息已经被成功消费,收到了ack
  • 5表示消息过期了,没有被消费过
  • 6表示消息被消费过,但是没有正确收到ack,最终由于超过了最大重试次数或者超过了ttl而被丢弃
  • 7表示消息被主动删除了

获取监控数据

GET /camellia/delayQueue/getMonitorData HTTP/1.1

响应

{
    "code": 200,
    "data":
    {
        "requestStatsList":
        [
            {
                "topic": "topic1",
                "sendMsg": 35,
                "pullMsg": 12,
                "deleteMsg": 0,
                "ackMsg": 12,
                "getMsg": 0,
                "triggerMsgReady": 24,
                "triggerMsgEndLife": 0,
                "triggerMsgTimeout": 0
            },
            {
                "topic": "topic",
                "sendMsg": 34,
                "pullMsg": 0,
                "deleteMsg": 0,
                "ackMsg": 0,
                "getMsg": 0,
                "triggerMsgReady": 0,
                "triggerMsgEndLife": 0,
                "triggerMsgTimeout": 0
            }
        ],
        "pullMsgTimeGapStatsList":
        [
            {
                "topic": "topic1",
                "count": 12,
                "avg": 35.25,
                "max": 84
            }
        ],
        "readyQueueTimeGapStatsList":
        [
            {
                "topic": "topic1",
                "count": 12,
                "avg": 52.5,
                "max": 87
            }
        ]
    }
}

获取topic信息

GET /camellia/delayQueue/getTopicInfo HTTP/1.1

参数 类型 是否必填 说明
topic string topic

响应

{
  "code": 200,
  "data":     {
    "topic": "topic-46",
    "waitingQueueSize": 451,
    "waitingQueueInfo": {
      "sizeOf0To1min": 451,
      "sizeOf1minTo10min": 0,
      "sizeOf10minTo30min": 0,
      "sizeOf30minTo1hour": 0,
      "sizeOf1hourTo6hour": 0,
      "sizeOf6hourTo1day": 0,
      "sizeOf1dayTo7day": 0,
      "sizeOf7dayTo30day": 0,
      "sizeOf30dayToInfinite": 0
    },
    "readyQueueSize": 0,
    "ackQueueSize": 0
  }
}

可以查询等待队列、就绪队列、ack队列的大小,还可以了解等待队列的延迟分布情况

获取topic信息列表

GET /camellia/delayQueue/getTopicInfoList HTTP/1.1

响应

{
  "code": 200,
  "data": [
    {
      "topic": "topic-46",
      "waitingQueueSize": 564,
      "waitingQueueInfo": {
        "sizeOf0To1min": 464,
        "sizeOf1minTo10min": 10,
        "sizeOf10minTo30min": 20,
        "sizeOf30minTo1hour": 30,
        "sizeOf1hourTo6hour": 40,
        "sizeOf6hourTo1day": 0,
        "sizeOf1dayTo7day": 0,
        "sizeOf7dayTo30day": 0,
        "sizeOf30dayToInfinite": 0
      },
      "readyQueueSize": 0,
      "ackQueueSize": 0
    },
    {
      "topic": "topic-53",
      "waitingQueueSize": 464,
      "waitingQueueInfo": {
        "sizeOf0To1min": 464,
        "sizeOf1minTo10min": 0,
        "sizeOf10minTo30min": 0,
        "sizeOf30minTo1hour": 0,
        "sizeOf1hourTo6hour": 0,
        "sizeOf6hourTo1day": 0,
        "sizeOf1dayTo7day": 0,
        "sizeOf7dayTo30day": 0,
        "sizeOf30dayToInfinite": 0
      },
      "readyQueueSize": 0,
      "ackQueueSize": 2
    }
  ]
}