这是小小本周的第五篇,本篇将会说出六种延迟队列的基本实现方案

延迟队列的基本应用

延迟队列,顾名思义,就是具有队列的特性,再增加一个延迟消费队列的功能,可以指定队列中的消息在哪个时间点被消费。
延迟队列在项目中的基本应用场景。

  1. 订单成功以后,在30分钟内没有支付,自动取消订单。
  2. 外卖平台发送订餐通知,下单成功后60s给用户推送短信。
  3. 如果订单一直处于一个某一个为完结的状态,及时处理关闭订单,退还库存。
  4. 淘宝新建商户一个月内还没上传商品信息,冻结商铺。

延迟队列的实现

DelayQueue

这里使用的是Java.util.concurrent包下DelayQueue
简单的实现效果,添加三个订单入队,分别设置5s,10s,15s,出队。

代码如下

public class Order implements Delayed {
    /**
     * 延迟时间
     */
    @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;
        }
    }
}

main方法如下

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("订单延迟队列开始时间:" + LocalDateTime.now().format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss")));
        while (delayQueue.size() != 0) {
            /**
             * 取队列头部元素是否过期
             */
            Order task = delayQueue.poll();
            if (task != null) {
                System.out.format("订单:{%s}被取消, 取消时间:{%s}n", task.name, LocalDateTime.now().format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss")));
            }
            Thread.sleep(1000);
        }
    }
}

执行效果如下

订单延迟队列开始时间:2020-05-06 14:59:09
订单:{Order1}被取消, 取消时间:{2020-05-06 14:59:14}
订单:{Order2}被取消, 取消时间:{2020-05-06 14:59:19}
订单:{Order3}被取消, 取消时间:{2020-05-06 14:59:24}

Quartz定时任务

这里使用QUartz实现定时任务框架。
这里引入quartz框架

<dependency>
     <groupId>org.springframework.boot</groupId>
     <artifactId>spring-boot-starter-quartz</artifactId>
</dependency>

添加注解开启定时任务

@EnableScheduling
@SpringBootApplication
public class DelayqueueApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(DelayqueueApplication.class, args);
    }
}

编写定时任务,每五秒执行

@Component
public class QuartzDemo {

    //每隔五秒
    @Scheduled(cron = "0/5 * * * * ? ")
    public void process(){
        System.out.println("我是定时任务!");
    }
}

Redis sorted set

Redis数据结构为Zset,同样可以实现延迟队列的效果,利用score属性,redis通过score类为集合中的成员从小到大进行排序。

通过zadd命令,队列中delayqueue中添加元素,并设置score值表示元素过期时间,然后分别添加三个order1,order2,order3,然后判断什么时候过期

 zadd delayqueue 3 order3

消费端获取,轮询的结果,然后进行对比

    /**
     * 消费消息
     */
    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);
        }
    }

查看是否符合预期

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 

Redis 过期回调

Redis 中的key的过期回调事件,也能达到延迟队列的效果。开启监听key是否过期的事件,如果过期,将会触发callback事件。
修改redis.conf文件,开启

notify-keyspace-events Ex

Redis 监听配置,注入Bean的RedisMessageListenerContainer

@Configuration
public class RedisListenerConfig {
    @Bean
    RedisMessageListenerContainer container(RedisConnectionFactory connectionFactory) {

        RedisMessageListenerContainer container = new RedisMessageListenerContainer();
        container.setConnectionFactory(connectionFactory);
        return container;
    }
}

编写Redis过期回调监听方法

@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("监听到key:" + expiredKey + "已过期");
    }
}

测试

添加key,设置3s过期

 set xiaofu 123 ex 3

成功监听到了

监听到过期的key为:xiaofu

RabbitMq 延迟队列

利用RabbitMq做延迟队列,通过TTL和DXL两个属性实现。

TTL

消息过期时间

设置队列过期时间,那么队列中所有消息都具有相同的过期时间。
设置消息过期时间,对队列中的某一条消息设置过期时间,每条消息TTL都可以不同。

如果同时设置队列和队列中消息的TTL,则TTL值以两者中较小的值为准。而队列中的消息存在队列中的时间,一旦超过TTL过期时间则成为Dead Letter(死信)。

DLX

DLX 为死信交换机,绑定在死信交换机上的队列,rabbitmq,可以配置两个参数,一旦出现死信,吃屎将会路由到另外一个交换机,消息重新消费。

逻辑

下边结合一张图看看如何实现超30分钟未支付关单功能,我们将订单消息A0001发送到延迟队列order.delay.queue,并设置x-message-tt消息存活时间为30分钟,当到达30分钟后订单消息A0001成为了Dead Letter(死信),延迟队列检测到有死信,通过配置x-dead-letter-exchange,将死信重新转发到能正常消费的关单队列,直接监听关单队列处理关单逻辑即可。

代码

发送消息指定延迟时间

public void send(String delayTimes) {
        amqpTemplate.convertAndSend("order.pay.exchange", "order.pay.queue","大家好我是延迟数据", message -> {
            // 设置延迟毫秒值
            message.getMessageProperties().setExpiration(String.valueOf(delayTimes));
            return message;
        });
    }
}

设置延迟队列出现死信后的转发规则

/**
     * 延时队列
     */
    @Bean(name = "order.delay.queue")
    public Queue getMessageQueue() {
        return QueueBuilder
                .durable(RabbitConstant.DEAD_LETTER_QUEUE)
                // 配置到期后转发的交换
                .withArgument("x-dead-letter-exchange", "order.close.exchange")
                // 配置到期后转发的路由键
                .withArgument("x-dead-letter-routing-key", "order.close.queue")
                .build();
    }

时间轮

基本概念

wheel

时间轮,图中的圆盘可以看做钟表的刻度,一圈round长度为24秒,刻度为8,每一个刻度为3秒,时间精度为3秒。
添加一个定时,延时任务A,如果延时25s后自行,时间轮会根据长度,和刻度得到一个圈数和指针的位置,也是就任务A会绕一圈指向0格子上,此时时间轮会记录该任务的round和 index信息。当round=0,index=0 ,指针指向0格子 任务A并不会执行,因为 round=0不满足要求。
所以每一个格子代表的是一些时间,比如1秒和25秒 都会指向0格子上,而任务则放在每个格子对应的链表中,这点和HashMap的数据有些类似。

下面我们用Netty 简单实现延时队列,HashedWheelTimer构造函数比较多,解释一下各参数的含义。

ThreadFactory :表示用于生成工作线程,一般采用线程池;
tickDuration和unit:每格的时间间隔,默认100ms;
ticksPerWheel:一圈下来有几格,默认512,而如果传入数值的不是2的N次方,则会调整为大于等于该参数的一个2的N次方数值,有利于优化hash值的计算。

public HashedWheelTimer(ThreadFactory threadFactory, long tickDuration, TimeUnit unit, int ticksPerWheel) {
        this(threadFactory, tickDuration, unit, ticksPerWheel, true);
    }

TimerTask:一个定时任务的实现接口,其中run方法包装了定时任务的逻辑。
Timeout:一个定时任务提交到Timer之后返回的句柄,通过这个句柄外部可以取消这个定时任务,并对定时任务的状态进行一些基本的判断。
Timer:是HashedWheelTimer实现的父接口,仅定义了如何提交定时任务和如何停止整个定时机制。

public class NettyDelayQueue {

    public static void main(String[] args) {

        final Timer timer = new HashedWheelTimer(Executors.defaultThreadFactory(), 5, TimeUnit.SECONDS, 2);

        //定时任务
        TimerTask task1 = new TimerTask() {
            public void run(Timeout timeout) throws Exception {
                System.out.println("order1  5s 后执行 ");
                timer.newTimeout(this, 5, TimeUnit.SECONDS);//结束时候再次注册
            }
        };
        timer.newTimeout(task1, 5, TimeUnit.SECONDS);
        TimerTask task2 = new TimerTask() {
            public void run(Timeout timeout) throws Exception {
                System.out.println("order2  10s 后执行");
                timer.newTimeout(this, 10, TimeUnit.SECONDS);//结束时候再注册
            }
        };

        timer.newTimeout(task2, 10, TimeUnit.SECONDS);

        //延迟任务
        timer.newTimeout(new TimerTask() {
            public void run(Timeout timeout) throws Exception {
                System.out.println("order3  15s 后执行一次");
            }
        }, 15, TimeUnit.SECONDS);

    }
}

执行结果

order1  5s 后执行 
order2  10s 后执行
order3  15s 后执行一次
order1  5s 后执行 
order2  10s 后执行