這是我的第?193?期分享

作者 | 程序員內點事

來源 |?程序員內點事（ID：chegnxy-nds）?

分享?| Java中文社群（ID：javacn666）

五一期間原計劃是寫兩篇文章，看一本技術類書籍，結果這五天由于自律性過于差，禁不住各種誘惑，我連電腦都沒打開過，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。

知恥而后勇，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么主題，好在最近項目緊急招人中，而我有幸做了回面試官，就給大家整理分享一道面試題：“如何實現延時隊列？”。

下邊會介紹多種實現延時隊列的思路，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，只是看把它用在什么業務場景中，技術這東西沒有最好的只有最合適的。

一、延時隊列的應用

什么是延時隊列？顧名思義：首先它要具有隊列的特性，再給它附加一個延遲消費隊列消息的功能，也就是說可以指定隊列中的消息在哪個時間點被消費。

延時隊列在項目中的應用還是比較多的，尤其像電商類平臺：

1、訂單成功后，在30分鐘內沒有支付，自動取消訂單

2、外賣平臺發送訂餐通知，下單成功后60s給用戶推送短信。

3、如果訂單一直處于某一個未完結狀態時，及時處理關單，并退還庫存

4、淘寶新建商戶一個月內還沒上傳商品信息，將凍結商鋪等

。。。。

上邊的這些場景都可以應用延時隊列解決。

二、延時隊列的實現

我個人一直秉承的觀點：工作上能用JDK自帶API實現的功能，就不要輕易自己重復造輪子，或者引入三方中間件。一方面自己封裝很容易出問題（大佬除外），再加上調試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間件就會讓系統復雜度成倍的增加，維護成本也大大的增加。

1、DelayQueue 延時隊列

JDK 中提供了一組實現延遲隊列的API，位于Java.util.concurrent包下DelayQueue。

DelayQueue是一個BlockingQueue（無界阻塞）隊列，它本質就是封裝了一個PriorityQueue（優先隊列），PriorityQueue內部使用完全二叉堆（不知道的自行了解哈）來實現隊列元素排序，我們在向DelayQueue隊列中添加元素時，會給元素一個Delay（延遲時間）作為排序條件，隊列中最小的元素會優先放在隊首。隊列中的元素只有到了Delay時間才允許從隊列中取出。隊列中可以放基本數據類型或自定義實體類，在存放基本數據類型時，優先隊列中元素默認升序排列，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，添加三個order入隊DelayQueue，分別設置訂單在當前時間的5秒、10秒、15秒后取消。

要實現DelayQueue延時隊列，隊中元素要implements Delayed 接口，這哥接口里只有一個getDelay方法，用于設置延期時間。Order類中compareTo方法負責對隊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);}@Overridepublic?long?getDelay(TimeUnit?unit)?{return?time?-?System.currentTimeMillis();}@Overridepublic?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方法是線程安全的，因為put方法內部使用了ReentrantLock鎖進行線程同步。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，沒有到期的元素線程將會等待。

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("訂單延遲隊列開始時間:"?+?LocalDateTime.now().format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd?HH:mm:ss")));while?(delayQueue.size()?!=?0)?{/***?取隊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線程，負責消息的入隊與消費。

執行后看到結果如下，Order1、Order2、Order3 分別在 5秒、10秒、15秒后被執行，至此就用DelayQueue實現了延時隊列。

訂單延遲隊列開始時間: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一款非常經典任務調度框架，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周期性，可能很多單子已經超時，但還沒到達觸發執行的時間點，那么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注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的數據結構Zset，同樣可以實現延遲隊列的效果，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命令向隊列delayqueue 中添加元素，并設置score值表示元素過期的時間；向delayqueue 添加三個order1、order2、order3，分別是10秒、20秒、30秒后過期。

?zadd?delayqueue?3?order3

消費端輪詢隊列delayqueue， 將元素排序后取最小時間與當前時間比對，如小于當前時間代表已經過期移除key。

????/***?消費消息*/public?void?pollOrderQueue()?{while?(true)?{Set<Tuple>?set?=?jedis.zrangeWithScores(DELAY_QUEUE,?0,?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 過期回調

Redis 的key過期回調事件，也能達到延遲隊列的效果，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文件開啟notify-keyspace-events Ex

notify-keyspace-events?Ex

Redis監聽配置，注入Bean RedisMessageListenerContainer

@Configuration public?class?RedisListenerConfig?{@BeanRedisMessageListenerContainer?container(RedisConnectionFactory?connectionFactory)?{RedisMessageListenerContainer?container?=?new?RedisMessageListenerContainer();container.setConnectionFactory(connectionFactory);return?container;} }

編寫Redis過期回調監聽方法，必須繼承KeyExpirationEventMessageListener ，有點類似于MQ的消息監聽。

@Component public?class?RedisKeyExpirationListener?extends?KeyExpirationEventMessageListener?{public?RedisKeyExpirationListener(RedisMessageListenerContainer?listenerContainer)?{super(listenerContainer);}@Overridepublic?void?onMessage(Message?message,?byte[]?pattern)?{String?expiredKey?=?message.toString();System.out.println("監聽到key："?+?expiredKey?+?"已過期");} }

到這代碼就編寫完成，非常的簡單，接下來測試一下效果，在redis-cli客戶端添加一個key 并給定3s的過期時間。

?set?xiaofu?123?ex?3

在控制臺成功監聽到了這個過期的key。

監聽到過期的key為：xiaofu

5、RabbitMQ 延時隊列

利用 RabbitMQ 做延時隊列是比較常見的一種方式，而實際上RabbitMQ 自身并沒有直接支持提供延遲隊列功能，而是通過 RabbitMQ 消息隊列的 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：指的是消息的存活時間，RabbitMQ可以通過x-message-tt參數來設置指定Queue（隊列）和 Message（消息）上消息的存活時間，它的值是一個非負整數，單位為微秒。

RabbitMQ 可以從兩種維度設置消息過期時間，分別是隊列和消息本身

• 設置隊列過期時間，那么隊列中所有消息都具有相同的過期時間。

• 設置消息過期時間，對隊列中的某一條消息設置過期時間，每條消息TTL都可以不同。

如果同時設置隊列和隊列中消息的TTL，則TTL值以兩者中較小的值為準。而隊列中的消息存在隊列中的時間，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，綁定在死信交換機上的即死信隊列。RabbitMQ的 Queue（隊列）可以配置兩個參數x-dead-letter-exchange 和 x-dead-letter-routing-key（可選），一旦隊列內出現了Dead Letter（死信），則按照這兩個參數可以將消息重新路由到另一個Exchange（交換機），讓消息重新被消費。

x-dead-letter-exchange：隊列中出現Dead Letter后將Dead Letter重新路由轉發到指定 exchange（交換機）。

x-dead-letter-routing-key：指定routing-key發送，一般為要指定轉發的隊列。

隊列出現Dead Letter的情況有：

• 消息或者隊列的TTL過期

• 隊列達到最大長度

• 消息被消費端拒絕（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，我們將訂單消息A0001發送到延遲隊列order.delay.queue，并設置x-message-tt消息存活時間為30分鐘，當到達30分鐘后訂單消息A0001成為了Dead Letter（死信），延遲隊列檢測到有死信，通過配置x-dead-letter-exchange，將死信重新轉發到能正常消費的關單隊列，直接監聽關單隊列處理關單邏輯即可。

發送消息時指定消息延遲的時間

public?void?send(String?delayTimes)?{amqpTemplate.convertAndSend("order.pay.exchange",?"order.pay.queue","大家好我是延遲數據",?message?->?{//?設置延遲毫秒值message.getMessageProperties().setExpiration(String.valueOf(delayTimes));return?message;});} }

設置延遲隊列出現死信后的轉發規則

/***?延時隊列*/@Bean(name?=?"order.delay.queue")public?Queue?getMessageQueue()?{return?QueueBuilder.durable(RabbitConstant.DEAD_LETTER_QUEUE)//?配置到期后轉發的交換.withArgument("x-dead-letter-exchange",?"order.close.exchange")//?配置到期后轉發的路由鍵.withArgument("x-dead-letter-routing-key",?"order.close.queue").build();}

6、時間輪

前邊幾種延時隊列的實現方法相對簡單，比較容易理解，時間輪算法就稍微有點抽象了。kafka、netty都有基于時間輪算法實現延時隊列，下邊主要實踐Netty的延時隊列講一下時間輪是什么原理。

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表的刻度。比如一圈round 長度為24秒，刻度數為 8，那么每一個刻度表示 3秒。那么時間精度就是 ?3秒。時間長度 / 刻度數值越大，精度越大。

當添加一個定時、延時任務A，假如會延遲25秒后才會執行，可時間輪一圈round 的長度才24秒，那么此時會根據時間輪長度和刻度得到一個圈數 round和對應的指針位置 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信息。當round=0，index=0 ，指針指向0格子 ?任務A并不會執行，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鏈表中，這點和HashMap的數據有些類似。

Netty構建延時隊列主要用HashedWheelTimer，HashedWheelTimer底層數據結構依然是使用DelayedQueue，只是采用時間輪的算法來實現。

下面我們用Netty 簡單實現延時隊列，HashedWheelTimer構造函數比較多，解釋一下各參數的含義。

• ThreadFactory ：表示用于生成工作線程，一般采用線程池；

• tickDuration和unit：每格的時間間隔，默認100ms；

• ticksPerWheel：一圈下來有幾格，默認512，而如果傳入數值的不是2的N次方，則會調整為大于等于該參數的一個2的N次方數值，有利于優化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接口，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之后返回的句柄，通過這個句柄外部可以取消這個定時任務，并對定時任務的狀態進行一些基本的判斷。

• Timer：是HashedWheelTimer實現的父接口，僅定義了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(),?5,?TimeUnit.SECONDS,?2);//定時任務TimerTask?task1?=?new?TimerTask()?{public?void?run(Timeout?timeout)?throws?Exception?{System.out.println("order1??5s?后執行?");timer.newTimeout(this,?5,?TimeUnit.SECONDS);//結束時候再次注冊}};timer.newTimeout(task1,?5,?TimeUnit.SECONDS);TimerTask?task2?=?new?TimerTask()?{public?void?run(Timeout?timeout)?throws?Exception?{System.out.println("order2??10s?后執行");timer.newTimeout(this,?10,?TimeUnit.SECONDS);//結束時候再注冊}};timer.newTimeout(task2,?10,?TimeUnit.SECONDS);//延遲任務timer.newTimeout(new?TimerTask()?{public?void?run(Timeout?timeout)?throws?Exception?{System.out.println("order3??15s?后執行一次");}},?15,?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，按照不同的周期重復執行。

order1??5s?后執行? order2??10s?后執行 order3??15s?后執行一次 order1??5s?后執行? order2??10s?后執行

總結

為了讓大家更容易理解，上邊的代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，感興趣的小伙伴可以下載跑一跑。

這篇文章肝了挺長時間，寫作一點也不比上班干活輕松，查證資料反復驗證demo的可行性，搭建各種RabbitMQ、Redis環境，只想說我太難了！

可能寫的有不夠完善的地方，如哪里有錯誤或者不明了的，歡迎大家踴躍指正！！！

最后

原創不易，碼字不易，點個再看吧~

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的一口气说出 6 种延时队列的实现方法，面试官满意的笑了的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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