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); } @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@SpringBootApplicationpublic 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。

@Componentpublic 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:order12020-05-07 13:24:29 removed key:order22020-05-07 13:24:39 removed key:order32020-05-07 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

@Configurationpublic class RedisListenerConfig { @Bean RedisMessageListenerContainer 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。

@Componentpublic 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！

到此這篇關于一口氣說出Java 6種延時隊列的實現方法(面試官也得服)的文章就介紹到這了,更多相關Java 延時隊列內容請搜索好吧啦網以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持好吧啦網！