盘点Java中延时任务的多种实现方式

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;
 }
}

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");
 }
});

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);
 }
}

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"+Thread.currentThread().getId()+":线程名称-"+Thread.currentThread().getName()+":do something!");
 }
}

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");
 }
}

执行结果：

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

注意： redis配置文件不能有空格，否则会启动报错

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;
 }
}

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);
 }

 }
}

测试结果：

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===========");
 }
}

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 ();
 }

}

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;
 });

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");
 }
 }