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• 了解需求

• 方案 1：数据库轮询

• 方案 2：JDK 的延迟队列

• 方案 3：时间轮算法

• 方案 4：redis 缓存

• 方案 5：使用消息队列

了解需求

在开发中，往往会遇到一些关于延时任务的需求。

例如

• 生成订单 30 分钟未支付，则自动取消

• 生成订单 60 秒后,给用户发短信

对上述的任务，我们给一个专业的名字来形容，那就是延时任务。那么这里就会产生一个问题，这个延时任务和定时任务的区别究竟在哪里呢？一共有如下几点区别

定时任务有明确的触发时间，延时任务没有

定时任务有执行周期，而延时任务在某事件触发后一段时间内执行，没有执行周期

定时任务一般执行的是批处理操作是多个任务，而延时任务一般是单个任务

下面，我们以判断订单是否超时为例，进行方案分析

方案 1：数据库轮询

思路

该方案通常是在小型项目中使用，即通过一个线程定时的去扫描数据库，通过订单时间来判断是否有超时的订单，然后进行 update 或 delete 等操作

实现

可以用 quartz 来实现的，简单介绍一下

maven 项目引入一个依赖如下所示

org.quartz-schedulerquartz2.2.2

调用 Demo 类 MyJob 如下所示

package com.rjzheng.delay1;
​
import org.quartz.*;
import org.quartz.impl.StdSchedulerFactory;
​
public class MyJob implements Job {
​public void execute(JobExecutionContext context) throws JobExecutionException {System.out.println("要去数据库扫描啦。。。");}
​public static void main(String[] args) throws Exception {// 创建任务JobDetail jobDetail = JobBuilder.newJob(MyJob.class).withIdentity("job1", "group1").build();// 创建触发器 每3秒钟执行一次Trigger trigger = TriggerBuilder.newTrigger().withIdentity("trigger1", "group3").withSchedule(SimpleScheduleBuilder.simpleSchedule().withIntervalInSeconds(3).repeatForever()).build();Scheduler scheduler = new StdSchedulerFactory().getScheduler();// 将任务及其触发器放入调度器scheduler.scheduleJob(jobDetail, trigger);// 调度器开始调度任务scheduler.start();}
​
}

运行代码，可发现每隔 3 秒，输出如下

要去数据库扫描啦。。。

优点

简单易行，支持集群操作

缺点

• 对服务器内存消耗大

• 存在延迟，比如你每隔 3 分钟扫描一次，那最坏的延迟时间就是 3 分钟

• 假设你的订单有几千万条，每隔几分钟这样扫描一次，数据库损耗极大

方案 2：JDK 的延迟队列

思路

该方案是利用 JDK 自带的 DelayQueue 来实现，这是一个无界阻塞队列，该队列只有在延迟期满的时候才能从中获取元素，放入 DelayQueue 中的对象，是必须实现 Delayed 接口的。

DelayedQueue 实现工作流程如下图所示

其中 Poll():获取并移除队列的超时元素，没有则返回空

take():获取并移除队列的超时元素，如果没有则 wait 当前线程，直到有元素满足超时条件，返回结果。

实现

定义一个类 OrderDelay 实现 Delayed，代码如下

package com.rjzheng.delay2;
​
import java.util.concurrent.Delayed;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
​
public class OrderDelay implements Delayed {
​private String orderId;
​private long timeout;
​OrderDelay(String orderId, long timeout) {this.orderId = orderId;this.timeout = timeout + System.nanoTime();}
​public int compareTo(Delayed other) {if (other == this) {return 0;}OrderDelay t = (OrderDelay) other;long d = (getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS) - t.getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS));return (d == 0) ? 0 : ((d < 0) ? -1 : 1);}
​// 返回距离你自定义的超时时间还有多少public long getDelay(TimeUnit unit) {return unit.convert(timeout - System.nanoTime(), TimeUnit.NANOSECONDS);}
​void print() {System.out.println(orderId + "编号的订单要删除啦。。。。");}
​
}

运行的测试 Demo 为，我们设定延迟时间为 3 秒

package com.rjzheng.delay2;
​
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.DelayQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
​
public class DelayQueueDemo {
​public static void main(String[] args) {List list = new ArrayList();list.add("00000001");list.add("00000002");list.add("00000003");list.add("00000004");list.add("00000005");
​DelayQueue queue = newDelayQueue < OrderDelay > ();long start = System.currentTimeMillis();for (int i = 0; i < 5; i++) {//延迟三秒取出queue.put(new OrderDelay(list.get(i), TimeUnit.NANOSECONDS.convert(3, TimeUnit.SECONDS)));try {queue.take().print();System.out.println("After " + (System.currentTimeMillis() - start) + " MilliSeconds");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}
​
}

输出如下

00000001编号的订单要删除啦。。。。
After 3003 MilliSeconds
00000002编号的订单要删除啦。。。。
After 6006 MilliSeconds
00000003编号的订单要删除啦。。。。
After 9006 MilliSeconds
00000004编号的订单要删除啦。。。。
After 12008 MilliSeconds
00000005编号的订单要删除啦。。。。
After 15009 MilliSeconds

可以看到都是延迟 3 秒，订单被删除

优点

效率高,任务触发时间延迟低。

缺点

• 服务器重启后，数据全部消失，怕宕机

• 集群扩展相当麻烦

• 因为内存条件限制的原因，比如下单未付款的订单数太多，那么很容易就出现 OOM 异常

• 代码复杂度较高

方案 3：时间轮算法

思路

先上一张时间轮的图(这图到处都是啦)

时间轮算法可以类比于时钟，如上图箭头（指针）按某一个方向按固定频率轮动，每一次跳动称为一个 tick。这样可以看出定时轮由个 3 个重要的属性参数，ticksPerWheel（一轮的 tick 数），tickDuration（一个 tick 的持续时间）以及 timeUnit（时间单位），例如当 ticksPerWheel=60，tickDuration=1，timeUnit=秒，这就和现实中的始终的秒针走动完全类似了。

如果当前指针指在 1 上面，我有一个任务需要 4 秒以后执行，那么这个执行的线程回调或者消息将会被放在 5 上。那如果需要在 20 秒之后执行怎么办，由于这个环形结构槽数只到 8，如果要 20 秒，指针需要多转 2 圈。位置是在 2 圈之后的 5 上面（20 % 8 + 1）

实现

我们用 Netty 的 HashedWheelTimer 来实现

给 Pom 加上下面的依赖

io.nettynetty-all4.1.24.Final

测试代码 HashedWheelTimerTest 如下所示

package com.rjzheng.delay3;
​
import io.netty.util.HashedWheelTimer;
import io.netty.util.Timeout;
import io.netty.util.Timer;
import io.netty.util.TimerTask;
​
import java.util.concurrent.TimeUnit;
​
public class HashedWheelTimerTest {
​static class MyTimerTask implements TimerTask {
​boolean flag;
​public MyTimerTask(boolean flag) {this.flag = flag;}
​public void run(Timeout timeout) throws Exception {System.out.println("要去数据库删除订单了。。。。");this.flag = false;}}
​public static void main(String[] argv) {MyTimerTask timerTask = new MyTimerTask(true);Timer timer = new HashedWheelTimer();timer.newTimeout(timerTask, 5, TimeUnit.SECONDS);int i = 1;while (timerTask.flag) {try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(i + "秒过去了");i++;}}
​
}

输出如下

1秒过去了
2秒过去了
3秒过去了
4秒过去了
5秒过去了
要去数据库删除订单了。。。。
6秒过去了

优点

效率高,任务触发时间延迟时间比 delayQueue 低，代码复杂度比 delayQueue 低。

缺点

• 服务器重启后，数据全部消失，怕宕机

• 集群扩展相当麻烦

• 因为内存条件限制的原因，比如下单未付款的订单数太多，那么很容易就出现 OOM 异常

方案 4：redis 缓存

思路一

利用 redis 的 zset,zset 是一个有序集合，每一个元素(member)都关联了一个 score,通过 score 排序来取集合中的值

添加元素:ZADD key score member [score member …]

按顺序查询元素:ZRANGE key start stop [WITHSCORES]

查询元素 score:ZSCORE key member

移除元素:ZREM key member [member …]

测试如下

添加单个元素
redis> ZADD page_rank 10 google.com
(integer) 1
​
添加多个元素
redis> ZADD page_rank 9 baidu.com 8 bing.com
(integer) 2
​
redis> ZRANGE page_rank 0 -1 WITHSCORES
1) "bing.com"
2) "8"
3) "baidu.com"
4) "9"
5) "google.com"
6) "10"
​
查询元素的score值
redis> ZSCORE page_rank bing.com
"8"
​
移除单个元素
redis> ZREM page_rank google.com
(integer) 1
​
redis> ZRANGE page_rank 0 -1 WITHSCORES
1) "bing.com"
2) "8"
3) "baidu.com"
4) "9"

那么如何实现呢？我们将订单超时时间戳与订单号分别设置为 score 和 member,系统扫描第一个元素判断是否超时，具体如下图所示

实现一

package com.rjzheng.delay4;
​
import redis.clients.jedis.Jedis;
import redis.clients.jedis.JedisPool;
import redis.clients.jedis.Tuple;
​
import java.util.Calendar;
import java.util.Set;
​
public class AppTest {
​private static final String ADDR = "127.0.0.1";
​private static final int PORT = 6379;
​private static JedisPool jedisPool = new JedisPool(ADDR, PORT);
​public static Jedis getJedis() {return jedisPool.getResource();}
​//生产者,生成5个订单放进去public void productionDelayMessage() {for (int i = 0; i < 5; i++) {//延迟3秒Calendar cal1 = Calendar.getInstance();cal1.add(Calendar.SECOND, 3);int second3later = (int) (cal1.getTimeInMillis() / 1000);AppTest.getJedis().zadd("OrderId", second3later, "OID0000001" + i);System.out.println(System.currentTimeMillis() + "ms:redis生成了一个订单任务：订单ID为" + "OID0000001" + i);}}
​//消费者，取订单
​public void consumerDelayMessage() {Jedis jedis = AppTest.getJedis();while (true) {Set items = jedis.zrangeWithScores("OrderId", 0, 1);if (items == null || items.isEmpty()) {System.out.println("当前没有等待的任务");try {Thread.sleep(500);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}continue;}int score = (int) ((Tuple) items.toArray()[0]).getScore();Calendar cal = Calendar.getInstance();int nowSecond = (int) (cal.getTimeInMillis() / 1000);if (nowSecond >= score) {String orderId = ((Tuple) items.toArray()[0]).getElement();jedis.zrem("OrderId", orderId);System.out.println(System.currentTimeMillis() + "ms:redis消费了一个任务：消费的订单OrderId为" + orderId);}}}
​public static void main(String[] args) {AppTest appTest = new AppTest();appTest.productionDelayMessage();appTest.consumerDelayMessage();}
​
}

此时对应输出如下

可以看到，几乎都是 3 秒之后，消费订单。

然而，这一版存在一个致命的硬伤，在高并发条件下，多消费者会取到同一个订单号，我们上测试代码 ThreadTest

package com.rjzheng.delay4;
​
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
​
public class ThreadTest {
​private static final int threadNum = 10;private static CountDownLatch cdl = newCountDownLatch(threadNum);
​static class DelayMessage implements Runnable {public void run() {try {cdl.await();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}AppTest appTest = new AppTest();appTest.consumerDelayMessage();}}
​public static void main(String[] args) {AppTest appTest = new AppTest();appTest.productionDelayMessage();for (int i = 0; i < threadNum; i++) {new Thread(new DelayMessage()).start();cdl.countDown();}}
​
}

输出如下所示

显然，出现了多个线程消费同一个资源的情况。

解决方案

(1)用分布式锁，但是用分布式锁，性能下降了，该方案不细说。

(2)对 ZREM 的返回值进行判断，只有大于 0 的时候，才消费数据，于是将 consumerDelayMessage()方法里的

if(nowSecond >= score){String orderId = ((Tuple)items.toArray()[0]).getElement();jedis.zrem("OrderId", orderId);System.out.println(System.currentTimeMillis()+"ms:redis消费了一个任务：消费的订单OrderId为"+orderId);
}

修改为

if (nowSecond >= score) {String orderId = ((Tuple) items.toArray()[0]).getElement();Long num = jedis.zrem("OrderId", orderId);if (num != null && num > 0) {System.out.println(System.currentTimeMillis() + "ms:redis消费了一个任务：消费的订单OrderId为" + orderId);}
}

在这种修改后，重新运行 ThreadTest 类，发现输出正常了

思路二

该方案使用 redis 的 Keyspace Notifications，中文翻译就是键空间机制，就是利用该机制可以在 key 失效之后，提供一个回调，实际上是 redis 会给客户端发送一个消息。是需要 redis 版本 2.8 以上。

实现二

在 redis.conf 中，加入一条配置

notify-keyspace-events Ex

运行代码如下

package com.rjzheng.delay5;
​
import redis.clients.jedis.JedisPool;
import redis.clients.jedis.JedisPubSub;
​
public class RedisTest {
​private static final String ADDR = "127.0.0.1";private static final int PORT = 6379;private static JedisPool jedis = new JedisPool(ADDR, PORT);private static RedisSub sub = new RedisSub();
​public static void init() {new Thread(new Runnable() {public void run() {jedis.getResource().subscribe(sub, "__keyevent@0__:expired");}}).start();}
​public static void main(String[] args) throws InterruptedException {init();for (int i = 0; i < 10; i++) {String orderId = "OID000000" + i;jedis.getResource().setex(orderId, 3, orderId);System.out.println(System.currentTimeMillis() + "ms:" + orderId + "订单生成");}}
​static class RedisSub extends JedisPubSub {@Overridepublic void onMessage(String channel, String message) {System.out.println(System.currentTimeMillis() + "ms:" + message + "订单取消");
​}}
}

输出如下

可以明显看到 3 秒过后，订单取消了

ps:redis 的 pub/sub 机制存在一个硬伤，官网内容如下

原:Because Redis Pub/Sub is fire and forget currently there is no way to use this feature if your application demands reliable notification of events, that is, if your Pub/Sub client disconnects, and reconnects later, all the events delivered during the time the client was disconnected are lost.

翻: Redis 的发布/订阅目前是即发即弃(fire and forget)模式的，因此无法实现事件的可靠通知。也就是说，如果发布/订阅的客户端断链之后又重连，则在客户端断链期间的所有事件都丢失了。因此，方案二不是太推荐。当然，如果你对可靠性要求不高，可以使用。

优点

(1) 由于使用 Redis 作为消息通道，消息都存储在 Redis 中。如果发送程序或者任务处理程序挂了，重启之后，还有重新处理数据的可能性。

(2) 做集群扩展相当方便

(3) 时间准确度高

缺点

需要额外进行 redis 维护

方案 5：使用消息队列

思路

我们可以采用 rabbitMQ 的延时队列。RabbitMQ 具有以下两个特性，可以实现延迟队列

RabbitMQ 可以针对 Queue 和 Message 设置 x-message-tt，来控制消息的生存时间，如果超时，则消息变为 dead letter

lRabbitMQ 的 Queue 可以配置 x-dead-letter-exchange 和 x-dead-letter-routing-key（可选）两个参数，用来控制队列内出现了 deadletter，则按照这两个参数重新路由。结合以上两个特性，就可以模拟出延迟消息的功能,具体的，我改天再写一篇文章，这里再讲下去，篇幅太长。

优点

高效,可以利用 rabbitmq 的分布式特性轻易的进行横向扩展,消息支持持久化增加了可靠性。

缺点

本身的易用度要依赖于 rabbitMq 的运维.因为要引用 rabbitMq,所以复杂度和成本变高。