盘点JAVA中延时任务的几种实现方式

￡神魔★判官ぃ 2023-09-23 17:19 148阅读 0赞

### 场景描述 ###

①需要实现一个定时发布系统通告的功能，如何实现？ ②支付超时，订单自动取消，如何实现？

### 实现方式 ###

#### 一、挂起线程 ####

**推荐指数：★★☆** **优点：** JDK原生(JUC包下)支持，无需引入新的依赖； **缺点：** (1)基于内存，应用重启(或宕机)会导致任务丢失 (2)基于内存挂起线程实现延时，不支持集群 (3)代码耦合性大，不易维护 (4)一个任务就要新建一个线程绑定任务的执行，容易造成资源浪费

①配置延迟任务专用线程池

/**
     * 线程池配置
     */
    @Configuration
    @EnableAsync
    @EnableConfigurationProperties(ThreadPoolProperties.class)
    public class ThreadPoolConfig {
    
    	//ThreadPoolProperties的配置依据需求和服务器配置自行配置
        @Resource
        private ThreadPoolProperties threadPoolProperties;
        //延迟任务队列容量
        private final static int DELAY_TASK_QUEUE_CAPACITY = 100;
    
        @Bean
        public ThreadPoolTaskExecutor delayTaskExecutor() {
            log.info("start delayTaskExecutor");
            ThreadPoolTaskExecutor threadPool = new ThreadPoolTaskExecutor();
            //配置核心线程数
            threadPool.setCorePoolSize(threadPoolProperties.getCorePoolSize());
            //配置最大线程数
            threadPool.setMaxPoolSize(threadPoolProperties.getMaxPoolSize());
            //配置队列大小
            threadPool.setQueueCapacity(DELAY_TASK_QUEUE_CAPACITY);
            //线程最大存活时间
            threadPool.setKeepAliveSeconds (threadPoolProperties.getKeepAliveSeconds());
            //配置线程池中的线程的名称前缀
            threadPool.setThreadNamePrefix(threadPoolProperties.getThreadNamePrefix());
    
            // rejection-policy：当pool已经达到max size的时候执行的策略
            threadPool.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
            //执行初始化
            threadPool.initialize();
            return threadPool;
        }
    }
    复制代码

②创建延时任务

在需要执行的代码块创建延时任务

delayTaskExecutor.execute(() -> {
        try {
            //线程挂起指定时间
            TimeUnit.MINUTES.sleep(time);
            //执行业务逻辑
            doSomething();
        } catch (InterruptedException e) {
            log.error("线程被打断，执行业务逻辑失败");
        }
    });
    复制代码

#### 二、ScheduledExecutorService 延迟任务线程池 ####

**推荐指数：★★★** **优点：** 代码简洁，JDK原生支持 **缺点：** (1)基于内存，应用重启(或宕机)会导致任务丢失 (2)基于内存存放任务，不支持集群 (3)一个任务就要新建一个线程绑定任务的执行，容易造成资源浪费

class Task implements Runnable{
    
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getId()+":"+Thread.currentThread().getName());
            System.out.println("scheduledExecutorService====>>>延时器");
        }
    }
    public class ScheduleServiceTest {
        public static void main(String[] args) {
            ScheduledExecutorService scheduledExecutorService=new ScheduledThreadPoolExecutor(10);
            scheduledExecutorService.schedule(new Task(),1, TimeUnit.SECONDS);
            scheduledExecutorService.schedule(new Task(),2, TimeUnit.SECONDS);
            scheduledExecutorService.schedule(new Task(),1, TimeUnit.SECONDS);
        }
    }
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![format_png][]

#### 三、DelayQueue(延时队列) ####

**推荐指数：★★★☆** **优点：** (1)JDK原生(JUC包下)支持，无需引入新的依赖； (2)可以用一个线程对整个延时队列按序执行； **缺点：** (1)基于内存，应用重启(或宕机)会导致任务丢失 (2)基于内存存放队列，不支持集群 (3)依据compareTo方法排列队列，调用take阻塞式的取出第一个任务(不调用则不取出)，比较不灵活，会影响时间的准确性

①新建一个延时任务

public class DelayTask implements Delayed {
    
        private Integer taskId;
    
        private long executeTime;
    
        DelayTask(Integer taskId, long executeTime) {
            this.taskId = taskId;
            this.executeTime = executeTime;
        }
    
        /**
         * 该任务的延时时长
         * @param unit
         * @return
         */
        @Override
        public long getDelay(TimeUnit unit) {
            return executeTime - System.currentTimeMillis();
        }
    
        @Override
        public int compareTo(Delayed o) {
            DelayTask t = (DelayTask) o;
            if (this.executeTime - t.executeTime <= 0) {
                return -1;
            } else {
                return 1;
            }
        }
    
        @Override
        public String toString() {
            return "延时任务{" +
                    "任务编号=" + taskId +
                    ", 执行时间=" + new Date(executeTime) +
                    '}';
        }
    
        /**
         * 执行具体业务代码
         */
        public void doTask(){
            System.out.println(this+":");
            System.out.println("线程ID-"+Thread.currentThread().getId()+":线程名称-"+Thread.currentThread().getName()+":do something!");
        }
    }
    复制代码

②执行延时任务

public class TestDelay {
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            // 新建3个任务，并依次设置超时时间为 30s 10s 60s
            DelayTask d1 = new DelayTask(1, System.currentTimeMillis() + 3000L);
            DelayTask d2 = new DelayTask(2, System.currentTimeMillis() + 1000L);
            DelayTask d3 = new DelayTask(3, System.currentTimeMillis() + 6000L);
    
            DelayQueue<DelayTask> queue = new DelayQueue<>();
            queue.add(d1);
            queue.add(d2);
            queue.add(d3);
    
            System.out.println("开启延时队列时间：" + new Date()+"\n");
    
            // 从延时队列中获取元素
            while (!queue.isEmpty()) {
                queue.take().doTask();
            }
            System.out.println("\n任务结束");
        }
    }
    复制代码

执行结果：

![format_png 1][]

#### 四、Redis-为key指定超时时长，并监听失效key ####

推荐指数：★★★☆ **优点：** 对于有依赖redis的业务且有延时任务的需求，能够快速对接 **缺点：** (1)客户端断开后重连会导致所有事件丢失 (2)高并发场景下，存在大量的失效key场景会导出失效时间存在延迟 (3)若有多个监听器监听该key，是会重复消费这个过期事件的，需要特定逻辑判断

① 修改Redis配置文件并重启Redis

notify-keyspace-events Ex
    复制代码

注意： redis配置文件不能有空格，否则会启动报错

![format_png 2][]

②Java中关于Redis的配置类

redisTemplate实例bean需要自定义生成； RedisMessageListenerContainer 是redis-key过期监听需要的监听器容器；

@Configuration
    @Slf4j
    public class RedisConfiguration {
        /**
         * Redis配置
         * @param factory
         * @return
         */
        @Bean(name = "redisTemplate")
        public RedisTemplate<Object, Object> redisTemplate(RedisConnectionFactory factory) {
            RedisTemplate<Object, Object> template = new RedisTemplate<>();
            RedisSerializer<String> redisSerializer = new StringRedisSerializer();
    
            template.setConnectionFactory(factory);
            //key序列化方式
            template.setKeySerializer(redisSerializer);
            //value序列化
            template.setValueSerializer(redisSerializer);
            //value hashmap序列化
            template.setHashValueSerializer(redisSerializer);
            //key hashmap序列化
            template.setHashKeySerializer(redisSerializer);
    
            return template;
        }
    
        /**
         * 消息监听器容器bean
         * @param connectionFactory
         * @return
         */
        @Bean
        public RedisMessageListenerContainer container(LettuceConnectionFactory connectionFactory) {
    
            RedisMessageListenerContainer container = new RedisMessageListenerContainer();
            container.setConnectionFactory(connectionFactory);
            return container;
        }
    }
    复制代码

③监听器代码

@Slf4j
    @Component
    public class RedisKeyExpirationListener extends KeyExpirationEventMessageListener {
        private static final String TEST_REDIS_KEY = "testExpired";
        public RedisKeyExpirationListener(RedisMessageListenerContainer listenerContainer,
                                          RedisTemplate redisTemplate) {
            super(listenerContainer);
            /**
             * 设置一个Redis延迟过期key(key名：testExpired，过期时间：30秒)
             */
            redisTemplate.opsForValue().set(TEST_REDIS_KEY, "1", 20, TimeUnit.SECONDS);
            log.info("设置redis-key");
        }
    
        @Override
        public void onMessage(Message message, byte[] pattern) {
            try {
                String expiredKey = message.toString();
                if (TEST_REDIS_KEY.equals(expiredKey)) {
                    //业务处理
                    log.info(expiredKey + "过期，触发回调");
                }
            } catch (Exception e) {
                log.error("key 过期通知处理异常，{}", e);
            }
    
        }
    }
    复制代码

测试结果：

![format_png 3][]

#### 五、时间轮 ####

**推荐指数：★★★★** **优点：** (1)对于大量定时任务，时间轮可以仅用一个工作线程对编排的任务进行顺序运行； (2)自动运行，可以自定义时间轮每轮的tick数，tick间隔，灵活且时间精度可控 **缺点：** (1)基于内存，应用重启(或宕机)会导致任务丢失 (2)基于内存存放任务，不支持集群

public class WheelTimerTest {
    
        public static void main(String[] args) {
    
            //设置每个格子是 100ms, 总共 256 个格子
            HashedWheelTimer hashedWheelTimer = new HashedWheelTimer(100, TimeUnit.MILLISECONDS, 256);
    
            //加入三个任务，依次设置超时时间是 10s 5s 20s
    
            System.out.println("加入一个任务，ID = 1, time= " + LocalDateTime.now());
            hashedWheelTimer.newTimeout(timeout -> {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName());
                System.out.println("执行一个任务，ID = 1, time= " + LocalDateTime.now());
            }, 10, TimeUnit.SECONDS);
    
            System.out.println("加入一个任务，ID = 2, time= " + LocalDateTime.now());
            hashedWheelTimer.newTimeout(timeout -> {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName());
                System.out.println("执行一个任务，ID = 2, time= " + LocalDateTime.now());
            }, 5, TimeUnit.SECONDS);
    
            System.out.println("加入一个任务，ID = 3, time= " + LocalDateTime.now());
            hashedWheelTimer.newTimeout(timeout -> {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName());
                System.out.println("执行一个任务，ID = 3, time= " + LocalDateTime.now());
            }, 20, TimeUnit.SECONDS);
            System.out.println("加入一个任务，ID = 4, time= " + LocalDateTime.now());
            hashedWheelTimer.newTimeout(timeout -> {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName());
                System.out.println("执行一个任务，ID = 4, time= " + LocalDateTime.now());
            }, 20, TimeUnit.SECONDS);
    
            System.out.println("等待任务执行===========");
        }
    }
    复制代码

![format_png 4][]

#### 六、消息队列-延迟队列 ####

针对任务丢失的代价过大，高并发的场景 **推荐指数：★★★★** **优点：** 支持集群，分布式，高并发场景； **缺点：** 引入额外的消息队列，增加项目的部署和维护的复杂度。

> 场景：为一个委托指定期限，委托到期后，委托关系终止，相关业务权限移交回原拥有者 这里采用的是RabbitMq的死信队列加TTL消息转化为延迟队列的方式(RabbitMq没有延时队列)

①声明一个队列设定其的死信队列

@Configuration
    public class MqConfig {
        public static final String GLOBAL_RABBIT_TEMPLATE = "rabbitTemplateGlobal";
    
        public static final String DLX_EXCHANGE_NAME = "dlxExchange";
        public static final String AUTH_EXCHANGE_NAME = "authExchange";
    
        public static final String DLX_QUEUE_NAME = "dlxQueue";
        public static final String AUTH_QUEUE_NAME = "authQueue";
        public static final String DLX_AUTH_QUEUE_NAME = "dlxAuthQueue";
    
        @Bean
        @Qualifier(GLOBAL_RABBIT_TEMPLATE)
        public RabbitTemplate rabbitTemplate(ConnectionFactory connectionFactory) {
            RabbitTemplate rabbitTemplate = new RabbitTemplate(connectionFactory);
            return rabbitTemplate;
        }
    
        @Bean
        @Qualifier(AUTH_EXCHANGE_NAME)
        public Exchange authExchange() {
            return ExchangeBuilder.directExchange (AUTH_EXCHANGE_NAME).durable (true).build ();
        }
    
        /**
         * 死信交换机
         * @return
         */
        @Bean
        @Qualifier(DLX_EXCHANGE_NAME)
        public Exchange dlxExchange() {
            return ExchangeBuilder.directExchange (DLX_EXCHANGE_NAME).durable (true).build ();
        }
    
        /**
         * 记录日志的死信队列
         * @return
         */
        @Bean
        @Qualifier(DLX_QUEUE_NAME)
        public Queue dlxQueue() {
            // Queue(String name, boolean durable, boolean exclusive, boolean autoDelete, Map<String, Object> arguments)
            return QueueBuilder.durable (DLX_QUEUE_NAME).build ();
        }
    
        /**
         * 委托授权专用队列
         * @return
         */
        @Bean
        @Qualifier(AUTH_QUEUE_NAME)
        public Queue authQueue() {
            return QueueBuilder
                    .durable (AUTH_QUEUE_NAME)
                    .withArgument("x-dead-letter-exchange", DLX_EXCHANGE_NAME)
                    .withArgument("x-dead-letter-routing-key", "dlx_auth")
                    .build ();
        }
    
        /**
         * 委托授权专用死信队列
         * @return
         */
        @Bean
        @Qualifier(DLX_AUTH_QUEUE_NAME)
        public Queue dlxAuthQueue() {
            // Queue(String name, boolean durable, boolean exclusive, boolean autoDelete, Map<String, Object> arguments)
            return QueueBuilder
                    .durable (DLX_AUTH_QUEUE_NAME)
                    .withArgument("x-dead-letter-exchange", DLX_EXCHANGE_NAME)
                    .withArgument("x-dead-letter-routing-key", "dlx_key")
                    .build ();
        }
    
        @Bean
        public Binding bindDlxQueueExchange(@Qualifier(DLX_QUEUE_NAME) Queue dlxQueue, @Qualifier(DLX_EXCHANGE_NAME) Exchange dlxExchange){
            return BindingBuilder.bind (dlxQueue).to (dlxExchange).with ("dlx_key").noargs ();
        }
    
        /**
         * 委托授权专用死信队列绑定关系
         * @param dlxAuthQueue
         * @param dlxExchange
         * @return
         */
        @Bean
        public Binding bindDlxAuthQueueExchange(@Qualifier(DLX_AUTH_QUEUE_NAME) Queue dlxAuthQueue, @Qualifier(DLX_EXCHANGE_NAME) Exchange dlxExchange){
            return BindingBuilder.bind (dlxAuthQueue).to (dlxExchange).with ("dlx_auth").noargs ();
        }
    
        /**
         * 委托授权专用队列绑定关系
         * @param authQueue
         * @param authExchange
         * @return
         */
        @Bean
        public Binding bindAuthQueueExchange(@Qualifier(AUTH_QUEUE_NAME) Queue authQueue, @Qualifier(AUTH_EXCHANGE_NAME) Exchange authExchange){
            return BindingBuilder.bind (authQueue).to (authExchange).with ("auth").noargs ();
        }
    
    }
    
    复制代码

②发送含过期时间的消息

向授权交换机，发送路由为"auth"的消息(指定了业务所需的超时时间) =》发向MqConfig.AUTH\_QUEUE\_NAME 队列

rabbitTemplate.convertAndSend(MqConfig.AUTH_EXCHANGE_NAME, "auth", "类型：END，信息:{id:1,fromUserId:111,toUserId:222,beginData:20201204,endData:20211104}", message -> {
                /**
                 * MessagePostProcessor:消息后置处理
                 * 为消息设置属性，然后返回消息，相当于包装消息的类
                 */
    
                //业务逻辑：过期时间=xxxx
                String ttl = "5000";
                //设置消息的过期时间
                message.getMessageProperties ().setExpiration (ttl);
                return message;
            });
    复制代码

③超时后队列MqConfig.AUTH\_QUEUE\_NAME会将消息转发至其配置的死信路由"dlx\_auth",监听该死信队列即可消费定时的消息

/**
         * 授权定时处理
         * @param channel
         * @param message
         */
        @RabbitListener(queues = MqConfig.DLX_AUTH_QUEUE_NAME)
        public void dlxAuthQ(Channel channel, Message message) throws IOException {
            System.out.println ("\n死信原因：" + message.getMessageProperties ().getHeaders ().get ("x-first-death-reason"));
            //1.判断消息类型：1.BEGIN 2.END
            try {
                //2.1 类型为授权到期(END)
                //2.1.1 修改报件办理人
                //2.1.2 修改授权状态为0(失效)
    
                //2.2 类型为授权开启(BEGIN)
                //2.2.1 修改授权状态为1(开启)
                System.out.println (new String(message.getBody (), Charset.forName ("utf8")));
                channel.basicAck (message.getMessageProperties ().getDeliveryTag (),  false);
                System.out.println ("已处理，授权相关信息修改成功");
            } catch (Exception e) {
                //拒签消息
                channel.basicNack (message.getMessageProperties ().getDeliveryTag (), false, false);
                System.out.println ("授权相关信息处理失败, 进入死信队列记录日志");
            }
        }

[format_png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/c06f80f42f198d1da09a99686f02749c.webp?x-oss-process=image/format,png
[format_png 1]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/eee0dfd81a89cad40834b9ad8041f359.webp?x-oss-process=image/format,png
[format_png 2]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/23fa45e3a905a99e436dc25b657fe5e9.webp?x-oss-process=image/format,png
[format_png 3]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/de01252612c8185292751f31d476ef4c.webp?x-oss-process=image/format,png
[format_png 4]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/1417bd6cf49a19e1e3e145820b86dce1.webp?x-oss-process=image/format,png