一口氣說出Java 6種延時佇列的實現方法(面試官也得服)
五一期間原計劃是寫兩篇文章,看一本技術類書籍,結果這五天由於自律性過於差,禁不住各種誘惑,我連電腦都沒開啟過,計劃完美宣告失敗。所以在這能看出和大佬之間的差距,人家沒白沒夜的更文,比你優秀的人比你更努力,難以望其項背,真是讓我自愧不如。
知恥而後勇,這不逼著自己又學起來了,個人比較喜歡一些實踐類的東西,既學習到知識又能讓技術落地,能搞出個demo
最好,本來不知道該分享什麼主題,好在最近專案緊急招人中,而我有幸做了回面試官,就給大家整理分享一道面試題:“如何實現延時佇列?”。
下邊會介紹多種實現延時佇列的思路,文末提供有幾種實現方式的 github
地址。其實哪種方式都沒有絕對的好與壞,只是看把它用在什麼業務場景中,技術這東西沒有最好的只有最合適的。
一、延時佇列的應用
什麼是延時佇列?顧名思義:首先它要具有佇列的特性,再給它附加一個延遲消費佇列訊息的功能,也就是說可以指定佇列中的訊息在哪個時間點被消費。
延時佇列在專案中的應用還是比較多的,尤其像電商類平臺:
1、訂單成功後,在30分鐘內沒有支付,自動取消訂單
2、外賣平臺傳送訂餐通知,下單成功後60s給使用者推送簡訊。
3、如果訂單一直處於某一個未完結狀態時,及時處理關單,並退還庫存
4、淘寶新建商戶一個月內還沒上傳商品資訊,將凍結商鋪等
。。。。
上邊的這些場景都可以應用延時佇列解決。
二、延時佇列的實現
我個人一直秉承的觀點:工作上能用JDK
自帶API
實現的功能,就不要輕易自己重複造輪子,或者引入三方中介軟體。一方面自己封裝很容易出問題(大佬除外),再加上除錯驗證產生許多不必要的工作量;另一方面一旦接入三方的中介軟體就會讓系統複雜度成倍的增加,維護成本也大大的增加。
1、DelayQueue 延時佇列
JDK
中提供了一組實現延遲佇列的API
,位於Java.util.concurrent
包下DelayQueue
。
DelayQueue
是一個BlockingQueue
(無界阻塞)佇列,它本質就是封裝了一個PriorityQueue
(優先佇列),PriorityQueue
內部使用完全二叉堆
(不知道的自行了解哈)來實現佇列元素排序,我們在向DelayQueue
佇列中新增元素時,會給元素一個Delay
(延遲時間)作為排序條件,佇列中最小的元素會優先放在隊首。佇列中的元素只有到了Delay
時間才允許從佇列中取出。佇列中可以放基本資料型別或自定義實體類,在存放基本資料型別時,優先佇列中元素預設升序排列,自定義實體類就需要我們根據類屬性值比較計算了。
先簡單實現一下看看效果,新增三個order
入隊DelayQueue
,分別設定訂單在當前時間的5秒
、10秒
、15秒
後取消。
要實現DelayQueue
延時佇列,隊中元素要implements
Delayed
介面,這哥接口裡只有一個getDelay
方法,用於設定延期時間。Order
類中compareTo
方法負責對佇列中的元素進行排序。
public class Order implements Delayed { /** * 延遲時間 */ @JsonFormat(locale = "zh",timezone = "GMT+8",pattern = "yyyy-MM-dd HH:mm:ss") private long time; String name; public Order(String name,long time,TimeUnit unit) { this.name = name; this.time = System.currentTimeMillis() + (time > 0 ? unit.toMillis(time) : 0); } @Override public long getDelay(TimeUnit unit) { return time - System.currentTimeMillis(); } @Override public int compareTo(Delayed o) { Order Order = (Order) o; long diff = this.time - Order.time; if (diff <= 0) { return -1; } else { return 1; } } }
DelayQueue
的put
方法是執行緒安全的,因為put
方法內部使用了ReentrantLock
鎖進行執行緒同步。DelayQueue
還提供了兩種出隊的方法 poll()
和 take()
, poll()
為非阻塞獲取,沒有到期的元素直接返回null;take()
阻塞方式獲取,沒有到期的元素執行緒將會等待。
public class DelayQueueDemo { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Order Order1 = new Order("Order1",5,TimeUnit.SECONDS); Order Order2 = new Order("Order2",10,TimeUnit.SECONDS); Order Order3 = new Order("Order3",15,TimeUnit.SECONDS); DelayQueue<Order> delayQueue = new DelayQueue<>(); delayQueue.put(Order1); delayQueue.put(Order2); delayQueue.put(Order3); System.out.println("訂單延遲佇列開始時間:" + LocalDateTime.now().format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"))); while (delayQueue.size() != 0) { /** * 取佇列頭部元素是否過期 */ Order task = delayQueue.poll(); if (task != null) { System.out.format("訂單:{%s}被取消,取消時間:{%s}\n",task.name,LocalDateTime.now().format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"))); } Thread.sleep(1000); } } }
上邊只是簡單的實現入隊與出隊的操作,實際開發中會有專門的執行緒,負責訊息的入隊與消費。
執行後看到結果如下,Order1
、Order2
、Order3
分別在 5秒
、10秒
、15秒
後被執行,至此就用DelayQueue
實現了延時佇列。
訂單延遲佇列開始時間:2020-05-06 14:59:09
訂單:{Order1}被取消,取消時間:{2020-05-06 14:59:14}
訂單:{Order2}被取消,取消時間:{2020-05-06 14:59:19}
訂單:{Order3}被取消,取消時間:{2020-05-06 14:59:24}
2、Quartz 定時任務
Quartz
一款非常經典任務排程框架,在Redis
、RabbitMQ
還未廣泛應用時,超時未支付取消訂單功能都是由定時任務實現的。定時任務它有一定的週期性,可能很多單子已經超時,但還沒到達觸發執行的時間點,那麼就會造成訂單處理的不夠及時。
引入quartz
框架依賴包
<dependency> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-starter-quartz</artifactId> </dependency>
在啟動類中使用@EnableScheduling
註解開啟定時任務功能。
@EnableScheduling @SpringBootApplication public class DelayqueueApplication { public static void main(String[] args) { SpringApplication.run(DelayqueueApplication.class,args); } }
編寫一個定時任務,每個5秒執行一次。
@Component public class QuartzDemo { //每隔五秒 @Scheduled(cron = "0/5 * * * * ? ") public void process(){ System.out.println("我是定時任務!"); } }
3、Redis sorted set
Redis
的資料結構Zset
,同樣可以實現延遲佇列的效果,主要利用它的score
屬性,redis
通過score
來為集合中的成員進行從小到大的排序。
通過zadd
命令向佇列delayqueue
中新增元素,並設定score
值表示元素過期的時間;向delayqueue
新增三個order1
、order2
、order3
,分別是10秒
、20秒
、30秒
後過期。
zadd delayqueue 3 order3
消費端輪詢佇列delayqueue
, 將元素排序後取最小時間與當前時間比對,如小於當前時間代表已經過期移除key
。
/** * 消費訊息 */ public void pollOrderQueue() { while (true) { Set<Tuple> set = jedis.zrangeWithScores(DELAY_QUEUE,0); String value = ((Tuple) set.toArray()[0]).getElement(); int score = (int) ((Tuple) set.toArray()[0]).getScore(); Calendar cal = Calendar.getInstance(); int nowSecond = (int) (cal.getTimeInMillis() / 1000); if (nowSecond >= score) { jedis.zrem(DELAY_QUEUE,value); System.out.println(sdf.format(new Date()) + " removed key:" + value); } if (jedis.zcard(DELAY_QUEUE) <= 0) { System.out.println(sdf.format(new Date()) + " zset empty "); return; } Thread.sleep(1000); } }
我們看到執行結果符合預期
2020-05-07 13:24:09 add finished.
2020-05-07 13:24:19 removed key:order1
2020-05-07 13:24:29 removed key:order2
2020-05-07 13:24:39 removed key:order3
2020-05-07 13:24:39 zset empty
4、Redis 過期回撥
Redis
的key
過期回撥事件,也能達到延遲佇列的效果,簡單來說我們開啟監聽key是否過期的事件,一旦key過期會觸發一個callback事件。
修改redis.conf
檔案開啟notify-keyspace-events Ex
notify-keyspace-events Ex
Redis
監聽配置,注入Bean RedisMessageListenerContainer
@Configuration public class RedisListenerConfig { @Bean RedisMessageListenerContainer container(RedisConnectionFactory connectionFactory) { RedisMessageListenerContainer container = new RedisMessageListenerContainer(); container.setConnectionFactory(connectionFactory); return container; } }
編寫Redis過期回撥監聽方法,必須繼承KeyExpirationEventMessageListener
,有點類似於MQ的訊息監聽。
@Component public class RedisKeyExpirationListener extends KeyExpirationEventMessageListener { public RedisKeyExpirationListener(RedisMessageListenerContainer listenerContainer) { super(listenerContainer); } @Override public void onMessage(Message message,byte[] pattern) { String expiredKey = message.toString(); System.out.println("監聽到key:" + expiredKey + "已過期"); } }
到這程式碼就編寫完成,非常的簡單,接下來測試一下效果,在redis-cli
客戶端新增一個key
並給定3s
的過期時間。
set xiaofu 123 ex 3
在控制檯成功監聽到了這個過期的key
。
監聽到過期的key為:xiaofu
5、RabbitMQ 延時佇列
利用 RabbitMQ
做延時佇列是比較常見的一種方式,而實際上RabbitMQ
自身並沒有直接支援提供延遲佇列功能,而是通過 RabbitMQ
訊息佇列的 TTL
和 DXL
這兩個屬性間接實現的。
先來認識一下 TTL
和 DXL
兩個概念:
Time To Live
(TTL
) :
TTL
顧名思義:指的是訊息的存活時間,RabbitMQ
可以通過x-message-tt
引數來設定指定Queue
(佇列)和 Message
(訊息)上訊息的存活時間,它的值是一個非負整數,單位為微秒。
RabbitMQ
可以從兩種維度設定訊息過期時間,分別是佇列
和訊息本身
- 設定佇列過期時間,那麼佇列中所有訊息都具有相同的過期時間。
- 設定訊息過期時間,對佇列中的某一條訊息設定過期時間,每條訊息
TTL
都可以不同。
如果同時設定佇列和佇列中訊息的TTL
,則TTL
值以兩者中較小的值為準。而佇列中的訊息存在佇列中的時間,一旦超過TTL
過期時間則成為Dead Letter
(死信)。
Dead Letter Exchanges
(DLX
)
DLX
即死信交換機,繫結在死信交換機上的即死信佇列。RabbitMQ
的 Queue
(佇列)可以配置兩個引數x-dead-letter-exchange
和 x-dead-letter-routing-key
(可選),一旦佇列內出現了Dead Letter
(死信),則按照這兩個引數可以將訊息重新路由到另一個Exchange
(交換機),讓訊息重新被消費。
x-dead-letter-exchange
:佇列中出現Dead Letter
後將Dead Letter
重新路由轉發到指定 exchange
(交換機)。
x-dead-letter-routing-key
:指定routing-key
傳送,一般為要指定轉發的佇列。
隊列出現Dead Letter
的情況有:
- 訊息或者佇列的
TTL
過期 - 佇列達到最大長度
- 訊息被消費端拒絕(basic.reject or basic.nack)
下邊結合一張圖看看如何實現超30分鐘未支付關單功能,我們將訂單訊息A0001傳送到延遲佇列order.delay.queue
,並設定x-message-tt
訊息存活時間為30分鐘,當到達30分鐘後訂單訊息A0001成為了Dead Letter
(死信),延遲佇列檢測到有死信,通過配置x-dead-letter-exchange
,將死信重新轉發到能正常消費的關單佇列,直接監聽關單佇列處理關單邏輯即可。
傳送訊息時指定訊息延遲的時間
public void send(String delayTimes) { amqpTemplate.convertAndSend("order.pay.exchange","order.pay.queue","大家好我是延遲資料",message -> { // 設定延遲毫秒值 message.getMessageProperties().setExpiration(String.valueOf(delayTimes)); return message; }); } }
設定延遲隊列出現死信後的轉發規則
/** * 延時佇列 */ @Bean(name = "order.delay.queue") public Queue getMessageQueue() { return QueueBuilder .durable(RabbitConstant.DEAD_LETTER_QUEUE) // 配置到期後轉發的交換 .withArgument("x-dead-letter-exchange","order.close.exchange") // 配置到期後轉發的路由鍵 .withArgument("x-dead-letter-routing-key","order.close.queue") .build(); }
6、時間輪
前邊幾種延時佇列的實現方法相對簡單,比較容易理解,時間輪演算法就稍微有點抽象了。kafka
、netty
都有基於時間輪演算法實現延時佇列,下邊主要實踐Netty
的延時佇列講一下時間輪是什麼原理。
先來看一張時間輪的原理圖,解讀一下時間輪的幾個基本概念
wheel
:時間輪,圖中的圓盤可以看作是鐘錶的刻度。比如一圈round
長度為24秒
,刻度數為 8
,那麼每一個刻度表示 3秒
。那麼時間精度就是 3秒
。時間長度 / 刻度數值越大,精度越大。
當新增一個定時、延時任務A
,假如會延遲25秒
後才會執行,可時間輪一圈round
的長度才24秒
,那麼此時會根據時間輪長度和刻度得到一個圈數 round
和對應的指標位置 index
,也是就任務A
會繞一圈指向0格子
上,此時時間輪會記錄該任務的round
和 index
資訊。當round=0,index=0 ,指標指向0格子
任務A
並不會執行,因為 round=0不滿足要求。
所以每一個格子代表的是一些時間,比如1秒
和25秒
都會指向0格子上,而任務則放在每個格子對應的連結串列中,這點和HashMap
的資料有些類似。
Netty
構建延時佇列主要用HashedWheelTimer
,HashedWheelTimer
底層資料結構依然是使用DelayedQueue
,只是採用時間輪的演算法來實現。
下面我們用Netty
簡單實現延時佇列,HashedWheelTimer
建構函式比較多,解釋一下各引數的含義。
ThreadFactory
:表示用於生成工作執行緒,一般採用執行緒池;
tickDuration
和unit
:每格的時間間隔,預設100ms;
ticksPerWheel
:一圈下來有幾格,預設512,而如果傳入數值的不是2的N次方,則會調整為大於等於該引數的一個2的N次方數值,有利於優化hash
值的計算。
public HashedWheelTimer(ThreadFactory threadFactory,long tickDuration,TimeUnit unit,int ticksPerWheel) { this(threadFactory,tickDuration,unit,ticksPerWheel,true); }
TimerTask
:一個定時任務的實現介面,其中run方法包裝了定時任務的邏輯。
Timeout
:一個定時任務提交到Timer
之後返回的控制代碼,通過這個控制代碼外部可以取消這個定時任務,並對定時任務的狀態進行一些基本的判斷。
Timer
:是HashedWheelTimer
實現的父介面,僅定義瞭如何提交定時任務和如何停止整個定時機制。
public class NettyDelayQueue { public static void main(String[] args) { final Timer timer = new HashedWheelTimer(Executors.defaultThreadFactory(),TimeUnit.SECONDS,2); //定時任務 TimerTask task1 = new TimerTask() { public void run(Timeout timeout) throws Exception { System.out.println("order1 5s 後執行 "); timer.newTimeout(this,TimeUnit.SECONDS);//結束時候再次註冊 } }; timer.newTimeout(task1,TimeUnit.SECONDS); TimerTask task2 = new TimerTask() { public void run(Timeout timeout) throws Exception { System.out.println("order2 10s 後執行"); timer.newTimeout(this,TimeUnit.SECONDS);//結束時候再註冊 } }; timer.newTimeout(task2,TimeUnit.SECONDS); //延遲任務 timer.newTimeout(new TimerTask() { public void run(Timeout timeout) throws Exception { System.out.println("order3 15s 後執行一次"); } },TimeUnit.SECONDS); } }
從執行的結果看,order3
、order3
延時任務只執行了一次,而order2
、order1
為定時任務,按照不同的週期重複執行。
order1 5s 後執行
order2 10s 後執行
order3 15s 後執行一次
order1 5s 後執行
order2 10s 後執行
總結
為了讓大家更容易理解,上邊的程式碼寫的都比較簡單粗糙,幾種實現方式的demo
已經都提交到github
地址:https://github.com/chengxy-nds/delayqueue,感興趣的小夥伴可以下載跑一跑。
這篇文章肝了挺長時間,寫作一點也不比上班幹活輕鬆,查證資料反覆驗證demo的可行性,搭建各種RabbitMQ
、Redis
環境,只想說我太難了!
到此這篇關於一口氣說出Java 6種延時佇列的實現方法(面試官也得服)的文章就介紹到這了,更多相關Java 延時佇列內容請搜尋我們以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大家以後多多支援我們!