从实现到原理，总结11种延迟任务的实现方式（上）
1 前言
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。
2 DelayQueue
DelayQueue是JDK提供的api，是一个延迟队列
DelayQueue泛型参数得实现Delayed接口，Delayed继承了Comparable接口。
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。
2.1 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
2.2 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：
成功实现了延迟任务。
2.3 实现原理
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。
3 Timer
Timer也是JDK提供的api
3.1 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
3.2 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
4 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。
4.1 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：
4.2 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。
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。
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。
5 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。
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。
5.1 demo
依赖：
<dependency>
<groupId>org.apache.rocketmqgroupId>
<artifactId>rocketmq-spring-boot-starterartifactId>
<version>2.2.1version>
<dependency>
<groupId>org.springframework.bootgroupId>
<artifactId>spring-boot-starter-webartifactId>
<version>2.2.5.RELEASEversion>
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：
5.2 实现原理
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。
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。
6 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。
6.1 demo
引入RabbitMQ的依赖
<dependency>
<groupId>org.springframework.bootgroupId>
<artifactId>spring-boot-starter-amqpartifactId>
<version>2.2.5.RELEASEversion>
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
6.2 实现原理
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。