从实现到原理,我总结了11种延迟任务的实现方式(上篇)

史前动物
发布于 2023-9-15 11:10
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大家好,我是三友~~

延迟任务在我们日常生活中比较常见,比如订单支付超时取消订单功能,又比如自动确定收货的功能等等。

所以本篇文章就来从实现到原理来盘点延迟任务的11种实现方式,这些方式并没有绝对的好坏之分,只是适用场景的不大相同。

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DelayQueue

DelayQueue是JDK提供的api,是一个延迟队列

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DelayQueue泛型参数得实现Delayed接口,Delayed继承了Comparable接口。

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​getDelay​​方法返回这个任务还剩多久时间可以执行,小于0的时候说明可以这个延迟任务到了执行的时间了。

​compareTo​​这个是对任务排序的,保证最先到延迟时间的任务排到队列的头。

来个demo

@Getter
public class SanYouTask implements Delayed {

    private final String taskContent;

    private final Long triggerTime;

    public SanYouTask(String taskContent, Long delayTime){
        this.taskContent = taskContent;
        this.triggerTime = System.currentTimeMillis() + delayTime * 1000;
    }

    @Override
    public long getDelay(TimeUnit unit){
        return unit.convert(triggerTime - System.currentTimeMillis(), TimeUnit.MILLISECONDS);
    }

    @Override
    public int compareTo(Delayed o){
        return this.triggerTime.compareTo(((SanYouTask) o).triggerTime);
    }

}

SanYouTask实现了Delayed接口,构造参数

  • taskContent:延迟任务的具体的内容
  • delayTime:延迟时间,秒为单位

测试

@Slf4j
public class DelayQueueDemo {

    public static void main(String[] args){
        DelayQueue<SanYouTask> sanYouTaskDelayQueue = new DelayQueue<>();

        new Thread(() -> {
            while (true) {
                try {
                    SanYouTask sanYouTask = sanYouTaskDelayQueue.take();
                    log.info("获取到延迟任务:{}", sanYouTask.getTaskContent());
                } catch (Exception e) {
                }
            }
        }).start();

        log.info("提交延迟任务");
        sanYouTaskDelayQueue.offer(new SanYouTask("三友的java日记5s", 5L));
        sanYouTaskDelayQueue.offer(new SanYouTask("三友的java日记3s", 3L));
        sanYouTaskDelayQueue.offer(new SanYouTask("三友的java日记8s", 8L));
    }
}

开启一个线程从DelayQueue中获取任务,然后提交了三个任务,延迟时间分为别5s,3s,8s。

测试结果:

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成功实现了延迟任务。

实现原理

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​offer​​​方法在提交任务的时候,会通过根据​​compareTo​​的实现对任务进行排序,将最先需要被执行的任务放到队列头。

​take​​方法获取任务的时候,会拿到队列头部的元素,也就是队列中最早需要被执行的任务,通过getDelay返回值判断任务是否需要被立刻执行,如果需要的话,就返回任务,如果不需要就会等待这个任务到延迟时间的剩余时间,当时间到了就会将任务返回。

Timer

Timer也是JDK提供的api

先来demo

@Slf4j
public class TimerDemo {

    public static void main(String[] args){
        Timer timer = new Timer();

        log.info("提交延迟任务");
        timer.schedule(new TimerTask() {
            @Override
            public void run(){
                log.info("执行延迟任务");
            }
        }, 5000);
    }

}

通过​​schedule​​提交一个延迟时间为5s的延迟任务

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实现原理

提交的任务是一个TimerTask

public abstract class TimerTask implements Runnable {
    //忽略其它属性

    long nextExecutionTime;
}

TimerTask内部有一个​​nextExecutionTime​​​属性,代表下一次任务执行的时间,在提交任务的时候会计算出​​nextExecutionTime​​值。

Timer内部有一个TaskQueue对象,用来保存TimerTask任务的,会根据​​nextExecutionTime​​来排序,保证能够快速获取到最早需要被执行的延迟任务。

在Timer内部还有一个执行任务的线程TimerThread,这个线程就跟DelayQueue demo中开启的线程作用是一样的,用来执行到了延迟时间的任务。

所以总的来看,Timer有点像整体封装了DelayQueue demo中的所有东西,让用起来简单点。

虽然Timer用起来比较简单,但是在阿里规范中是不推荐使用的,主要是有以下几点原因:

  • Timer使用单线程来处理任务,长时间运行的任务会导致其他任务的延时处理
  • Timer没有对运行时异常进行处理,一旦某个任务触发运行时异常,会导致整个Timer崩溃,不安全

ScheduledThreadPoolExecutor

由于Timer在使用上有一定的问题,所以在JDK1.5版本的时候提供了ScheduledThreadPoolExecutor,这个跟Timer的作用差不多,并且他们的方法的命名都是差不多的,但是ScheduledThreadPoolExecutor解决了单线程和异常崩溃等问题。

来个demo

@Slf4j
public class ScheduledThreadPoolExecutorDemo {

    public static void main(String[] args){
        ScheduledThreadPoolExecutor executor = new ScheduledThreadPoolExecutor(2, new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

        log.info("提交延迟任务");
        executor.schedule(() -> log.info("执行延迟任务"), 5, TimeUnit.SECONDS);
    }

}

结果

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实现原理

ScheduledThreadPoolExecutor继承了ThreadPoolExecutor,也就是继承了线程池,所以可以有很多个线程来执行任务。

ScheduledThreadPoolExecutor在构造的时候会传入一个DelayedWorkQueue阻塞队列,所以线程池内部的阻塞队列是DelayedWorkQueue。

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在提交延迟任务的时候,任务会被封装一个任务会被封装成​​ScheduledFutureTask​​对象,然后放到DelayedWorkQueue阻塞队列中。

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ScheduledFutureTask

​ScheduledFutureTask​​​实现了前面提到的Delayed接口,所以其实可以猜到DelayedWorkQueue会根据​​ScheduledFutureTask​​对于Delayed接口的实现来排序,所以线程能够获取到最早到延迟时间的任务。

当线程从DelayedWorkQueue中获取到需要执行的任务之后就会执行任务。

RocketMQ

RocketMQ是阿里开源的一款消息中间件,实现了延迟消息的功能,如果有对RocketMQ不熟悉的小伙伴可以看一下我之前写的​​RocketMQ保姆级教程​​​和​​RocketMQ消息短暂而又精彩的一生​​ 这两篇文章。

RocketMQ延迟消息的延迟时间默认有18个等级。

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当发送消息的时候只需要指定延迟等级即可。如果这18个等级的延迟时间不符和你的要求,可以修改RocketMQ服务端的配置文件。

来个demo

依赖

<dependency>
    <groupId>org.apache.rocketmq</groupId>
    <artifactId>rocketmq-spring-boot-starter</artifactId>
    <version>2.2.1</version>

<!--web依赖-->
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
    <version>2.2.5.RELEASE</version>
</dependency>

配置文件

rocketmq:
  name-server: 192.168.200.144:9876 #服务器ip:nameServer端口
  producer:
    group: sanyouProducer

controller类,通过DefaultMQProducer发送延迟消息到sanyouDelayTaskTopic这个topic,延迟等级为2,也就是延迟时间为5s的意思。

@RestController
@Slf4j
public class RocketMQDelayTaskController {

    @Resource
    private DefaultMQProducer producer;

    @GetMapping("/rocketmq/add")
    public void addTask(@RequestParam("task") String task) throws Exception {
        Message msg = new Message("sanyouDelayTaskTopic", "TagA", task.getBytes(RemotingHelper.DEFAULT_CHARSET));
        msg.setDelayTimeLevel(2);
        // 发送消息并得到消息的发送结果,然后打印
        log.info("提交延迟任务");
        producer.send(msg);
    }

}

创建一个消费者,监听sanyouDelayTaskTopic的消息。

@Component
@RocketMQMessageListener(consumerGroup = "sanyouConsumer", topic = "sanyouDelayTaskTopic")
@Slf4j
public class SanYouDelayTaskTopicListener implements RocketMQListener<String> {

    @Override
    public void onMessage(String msg){
        log.info("获取到延迟任务:{}", msg);
    }

}

启动应用,浏览器输入以下链接添加任务

​http://localhost:8080/rocketmq/add?task=sanyou​

测试结果:

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实现原理

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生产者发送延迟消息之后,RocketMQ服务端在接收到消息之后,会去根据延迟级别是否大于0来判断是否是延迟消息

  • 如果不大于0,说明不是延迟消息,那就会将消息保存到指定的topic中
  • 如果大于0,说明是延迟消息,此时RocketMQ会进行一波偷梁换柱的操作,将消息的topic改成​​SCHEDULE_TOPIC_XXXX​​中,XXXX不是占位符,然后存储。

在BocketMQ内部有一个延迟任务,相当于是一个定时任务,这个任务就会获取​​SCHEDULE_TOPIC_XXXX​​​中的消息,判断消息是否到了延迟时间,如果到了,那么就会将消息的topic存储到原来真正的topic(拿我们的例子来说就是​​sanyouDelayTaskTopic​​)中,之后消费者就可以从真正的topic中获取到消息了。

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定时任务

RocketMQ这种实现方式相比于前面提到的三种更加可靠,因为前面提到的三种任务内容都是存在内存的,服务器重启任务就丢了,如果要实现任务不丢还得自己实现逻辑,但是RocketMQ消息有持久化机制,能够保证任务不丢失。

RabbitMQ

RabbitMQ也是一款消息中间件,通过RabbitMQ的死信队列也可以是先延迟任务的功能。

demo

引入RabbitMQ的依赖

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-amqp</artifactId>
    <version>2.2.5.RELEASE</version>
</dependency>

配置文件

spring:
  rabbitmq:
    host: 192.168.200.144 #服务器ip
    port: 5672
    virtual-host: /

RabbitMQ死信队列的配置类,后面说原理的时候会介绍干啥的

@Configuration
public class RabbitMQConfiguration {

    @Bean
    public DirectExchange sanyouDirectExchangee(){
        return new DirectExchange("sanyouDirectExchangee");
    }

    @Bean
    public Queue sanyouQueue(){
        return QueueBuilder
                //指定队列名称,并持久化
                .durable("sanyouQueue")
                //设置队列的超时时间为5秒,也就是延迟任务的时间
                .ttl(5000)
                //指定死信交换机
                .deadLetterExchange("sanyouDelayTaskExchangee")
                .build();
    }

    @Bean
    public Binding sanyouQueueBinding(){
        return BindingBuilder.bind(sanyouQueue()).to(sanyouDirectExchangee()).with("");
    }

    @Bean
    public DirectExchange sanyouDelayTaskExchange(){
        return new DirectExchange("sanyouDelayTaskExchangee");
    }

    @Bean
    public Queue sanyouDelayTaskQueue(){
        return QueueBuilder
                //指定队列名称,并持久化
                .durable("sanyouDelayTaskQueue")
                .build();
    }

    @Bean
    public Binding sanyouDelayTaskQueueBinding(){
        return BindingBuilder.bind(sanyouDelayTaskQueue()).to(sanyouDelayTaskExchange()).with("");
    }

}

RabbitMQDelayTaskController用来发送消息,这里没指定延迟时间,是因为在声明队列的时候指定了延迟时间为5s

@RestController
@Slf4j
public class RabbitMQDelayTaskController {

    @Resource
    private RabbitTemplate rabbitTemplate;

    @GetMapping("/rabbitmq/add")
    public void addTask(@RequestParam("task") String task) throws Exception {
        // 消息ID,需要封装到CorrelationData中
        CorrelationData correlationData = new CorrelationData(UUID.randomUUID().toString());
        log.info("提交延迟任务");
        // 发送消息
        rabbitTemplate.convertAndSend("sanyouDirectExchangee", "", task, correlationData);
    }

}

启动应用,浏览器输入以下链接添加任务

​http://localhost:8080/rabbitmq/add?task=sanyou​

测试结果,成功实现5s的延迟任务

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实现原理

从实现到原理,我总结了11种延迟任务的实现方式(上篇)-鸿蒙开发者社区

整个工作流程如下:

  • 消息发送的时候会将消息发送到sanyouDirectExchange这个交换机上
  • 由于sanyouDirectExchange绑定了sanyouQueue,所以消息会被路由到sanyouQueue这个队列上
  • 由于sanyouQueue没有消费者消费消息,并且又设置了5s的过期时间,所以当消息过期之后,消息就被放到绑定的sanyouDelayTaskExchange死信交换机中
  • 消息到达sanyouDelayTaskExchange交换机后,由于跟sanyouDelayTaskQueue进行了绑定,所以消息就被路由到sanyouDelayTaskQueue中,消费者就能从sanyouDelayTaskQueue中拿到消息了

上面说的队列与交换机的绑定关系,就是上面的配置类所干的事。

其实从这个单从消息流转的角度可以看出,RabbitMQ跟RocketMQ实现有相似之处。

消息最开始都并没有放到最终消费者消费的队列中,而都是放到一个中间队列中,等消息到了过期时间或者说是延迟时间,消息就会被放到最终的队列供消费者消息。

只不过RabbitMQ需要你显示的手动指定消息所在的中间队列,而RocketMQ是在内部已经做好了这块逻辑。

除了基于RabbitMQ的死信队列来做,RabbitMQ官方还提供了延时插件,也可以实现延迟消息的功能,这个插件的大致原理也跟上面说的一样,延时消息会被先保存在一个中间的地方,叫做Mnesia,然后有一个定时任务去查询最近需要被投递的消息,将其投递到目标队列中。


文章转载自公众号:三友的java日记

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已于2023-9-15 11:10:27修改
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