电脑上怎么样排队列(一口气说出 6种 延时队列的实现方法,面试官也得服)
五一期间原计划是写两篇文章,看一本技术类书籍,结果这五天由于自律性过于差,禁不住各种诱惑,我连电脑都没打开过,计划完美宣告失败。所以在这能看出和大佬之间的差距,人家没白没夜的更文,比你优秀的人比你更努力,难以望其项背,真是让我自愧不如。
知耻而后勇,这不逼着自己又学起来了,隔人比较喜欢一些实践类的东西,既学习到知识又能让技术落地,能搞出个demo最好,本来不知道该分享什么主题,好在最近项目紧急招人中,而我有幸做了回面试官,就给大家整理分享一道面试题:“如何实现延时队列?”。
下边会介绍多种实现延时队列的思路,文末提供有几种实现方式的github地址。其实哪种方式都没有绝对的好与坏,只是看把它用在什么业务场景中,技术这东西没有最好的只有最合适的。
一、延时队列的应用
什么是延时队列?顾名思义:首先它要具有队列的特性,再给它附加一个延迟消费队列消息的功能,也就是说可以指定队列中的消息在哪个时间点被消费。
延时队列在项目中的应用还是比较多的,尤其像电商类平台:
1、订单成功后,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、如果订单一直处于某一个未完结状态时,及时处理关单,并退还库存
4、淘宝新建商户一个月内还没上传商品信息,将冻结商铺等
。。。。
上边的这些场景都可以应用延时队列解决。
二、延时队列的实现
我个人一直秉承的观点:工作上能用JDK自带API实现的功能,就不要轻易自己重复造轮子,或者引入三方中间件。一方面自己封装很容易出问题(大佬除外),再加上调试验证产生许多不必要的工作量;另一方面一旦接入三方的中间件就会让系统复杂度成倍的增加,维护成本也大大的增加。
1、DelayQueue延时队列
JDK中提供了一组实现延迟队列的API,位于Java.util.concurrent包下DelayQueue。
DelayQueue是一个BlockingQueue(无界阻塞)队列,它本质就是封装了一个PriorityQueue(优先队列),PriorityQueue内部使用完全二叉堆(不知道的自行了解哈)来实现队列元素排序,我们在向DelayQueue队列中添加元素时,会给元素一个Delay(延迟时间)作为排序条件,队列中最小的元素会优先放在队首。队列中的元素只有到了Delay时间才允许从队列中取出。队列中可以放基本数据类型或自定义实体类,在存放基本数据类型时,优先队列中元素默认升序排列,自定义实体类就需要我们根据类属性值比较计算了。
先简单实现一下看看效果,添加三个order入队DelayQueue,分别设置订单在当前时间的5秒、10秒、15秒后取消。
要实现DelayQueue延时队列,队中元素要implementsDelayed接口,这个接口里只有一个getDelay方法,用于设置延期时间。Order类中compareTo方法负责对队列中的元素进行排序。
publicclassOrderimplementsDelayed{/***延迟时间*/@JsonFormat(locale="zh",timezone="GMT+8",pattern="yyyy-MM-ddHH:mm:ss")privatelongtime;Stringname;publicOrder(Stringname,longtime,TimeUnitunit){this.name=name;this.time=System.currentTimeMillis()+(time>0?unit.toMillis(time):0);}@OverridepubliclonggetDelay(TimeUnitunit){returntime-System.currentTimeMillis();}@OverridepublicintcompareTo(Delayedo){OrderOrder=(Order)o;longdiff=this.time-Order.time;if(diff<= 0) { return -1; } else { return 1; } }}
DelayQueue的put方法是线程安全的,因为put方法内部使用了ReentrantLock锁进行线程同步。DelayQueue还提供了两种出队的方法poll()和take(),poll()为非阻塞获取,没有到期的元素直接返回null;take()阻塞方式获取,没有到期的元素线程将会等待。
publicclassDelayQueueDemo{publicstaticvoidmain(String[]args)throwsInterruptedException{OrderOrder1=newOrder("Order1",5,TimeUnit.SECONDS);OrderOrder2=newOrder("Order2",10,TimeUnit.SECONDS);OrderOrder3=newOrder("Order3",15,TimeUnit.SECONDS);DelayQueue
上边只是简单的实现入队与出队的操作,实际开发中会有专门的线程,负责消息的入队与消费。
执行后看到结果如下,Order1、Order2、Order3分别在5秒、10秒、15秒后被执行,至此就用DelayQueue实现了延时队列。
订单延迟队列开始时间:2020-05-0614:59:09订单:{Order1}被取消,取消时间:{2020-05-0614:59:14}订单:{Order2}被取消,取消时间:{2020-05-0614:59:19}订单:{Order3}被取消,取消时间:{2020-05-0614:59:24}2、Quartz定时任务
Quartz一款非常经典任务调度框架,在Redis、RabbitMQ还未广泛应用时,超时未支付取消订单功能都是由定时任务实现的。定时任务它有一定的周期性,可能很多单子已经超时,但还没到达触发执行的时间点,那么就会造成订单处理的不够及时。
引入quartz框架依赖包
在启动类中使用@EnableScheduling注解开启定时任务功能。
@EnableScheduling@SpringBootApplicationpublicclassDelayqueueApplication{publicstaticvoidmain(String[]args){SpringApplication.run(DelayqueueApplication.class,args);}}
编写一个定时任务,每个5秒执行一次。
@ComponentpublicclassQuartzDemo{//每隔五秒@Scheduled(cron="0/5****?")publicvoidprocess(){System.out.println("我是定时任务!");}}3、Redissortedset
Redis的数据结构Zset,同样可以实现延迟队列的效果,主要利用它的score属性,redis通过score来为集合中的成员进行从小到大的排序。
通过zadd命令向队列delayqueue中添加元素,并设置score值表示元素过期的时间;向delayqueue添加三个order1、order2、order3,分别是10秒、20秒、30秒后过期。
zadddelayqueue3order3
消费端轮询队列delayqueue,将元素排序后取最小时间与当前时间比对,如小于当前时间代表已经过期移除key。
/***消费消息*/publicvoidpollOrderQueue(){while(true){Set
我们看到执行结果符合预期
2020-05-0713:24:09addfinished.2020-05-0713:24:19removedkey:order12020-05-0713:24:29removedkey:order22020-05-0713:24:39removedkey:order32020-05-0713:24:39zsetempty4、Redis过期回调
Redis的key过期回调事件,也能达到延迟队列的效果,简单来说我们开启监听key是否过期的事件,一旦key过期会触发一个callback事件。
修改redis.conf文件开启notify-keyspace-eventsEx
notify-keyspace-eventsEx
Redis监听配置,注入BeanRedisMessageListenerContainer
@ConfigurationpublicclassRedisListenerConfig{@BeanRedisMessageListenerContainercontainer(RedisConnectionFactoryconnectionFactory){RedisMessageListenerContainercontainer=newRedisMessageListenerContainer();container.setConnectionFactory(connectionFactory);returncontainer;}}
编写Redis过期回调监听方法,必须继承KeyExpirationEventMessageListener,有点类似于MQ的消息监听。
@ComponentpublicclassRedisKeyExpirationListenerextendsKeyExpirationEventMessageListener{publicRedisKeyExpirationListener(RedisMessageListenerContainerlistenerContainer){super(listenerContainer);}@OverridepublicvoidonMessage(Messagemessage,byte[]pattern){StringexpiredKey=message.toString();System.out.println("监听到key:"+expiredKey+"已过期");}}
到这代码就编写完成,非常的简单,接下来测试一下效果,在redis-cli客户端添加一个key并给定3s的过期时间。
setxiaofu123ex3
在控制台成功监听到了这个过期的key。
监听到过期的key为:xiaofu5、RabbitMQ延时队列
利用RabbitMQ做延时队列是比较常见的一种方式,而实际上RabbitMQ自身并没有直接支持提供延迟队列功能,而是通过RabbitMQ消息队列的TTL和DXL这两个属性间接实现的。
先来认识一下TTL和DXL两个概念:
TimeToLive(TTL):
TTL顾名思义:指的是消息的存活时间,RabbitMQ可以通过x-message-tt参数来设置指定Queue(队列)和Message(消息)上消息的存活时间,它的值是一个非负整数,单位为微秒。
RabbitMQ可以从两种维度设置消息过期时间,分别是队列和消息本身
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DeadLetter(死信)。
DeadLetterExchanges(DLX)
DLX即死信交换机,绑定在死信交换机上的即死信队列。RabbitMQ的Queue(队列)可以配置两个参数x-dead-letter-exchange和x-dead-letter-routing-key(可选),一旦队列内出现了DeadLetter(死信),则按照这两个参数可以将消息重新路由到另一个Exchange(交换机),让消息重新被消费。
x-dead-letter-exchange:队列中出现DeadLetter后将DeadLetter重新路由转发到指定exchange(交换机)。
x-dead-letter-routing-key:指定routing-key发送,一般为要指定转发的队列。
队列出现DeadLetter的情况有:
消息或者队列的TTL过期队列达到最大长度消息被消费端拒绝(basic.rejectorbasic.nack)
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DeadLetter(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。
发送消息时指定消息延迟的时间
publicvoidsend(StringdelayTimes){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));returnmessage;});}}
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")publicQueuegetMessageQueue(){returnQueueBuilder.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();}6、时间轮
前边几种延时队列的实现方法相对简单,比较容易理解,时间轮算法就稍微有点抽象了。kafka、netty都有基于时间轮算法实现延时队列,下边主要实践Netty的延时队列讲一下时间轮是什么原理。
先来看一张时间轮的原理图,解读一下时间轮的几个基本概念
wheel:时间轮,图中的圆盘可以看作是钟表的刻度。比如一圈round长度为24秒,刻度数为8,那么每一个刻度表示3秒。那么时间精度就是3秒。时间长度/刻度数值越大,精度越大。
当添加一个定时、延时任务A,假如会延迟25秒后才会执行,可时间轮一圈round的长度才24秒,那么此时会根据时间轮长度和刻度得到一个圈数round和对应的指针位置index,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。
Netty构建延时队列主要用HashedWheelTimer,HashedWheelTimer底层数据结构依然是使用DelayedQueue,只是采用时间轮的算法来实现。
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。
publicHashedWheelTimer(ThreadFactorythreadFactory,longtickDuration,TimeUnitunit,intticksPerWheel){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。
publicclassNettyDelayQueue{publicstaticvoidmain(String[]args){finalTimertimer=newHashedWheelTimer(Executors.defaultThreadFactory(),5,TimeUnit.SECONDS,2);//定时任务TimerTasktask1=newTimerTask(){publicvoidrun(Timeouttimeout)throwsException{System.out.println("order15s后执行");timer.newTimeout(this,5,TimeUnit.SECONDS);//结束时候再次注册}};timer.newTimeout(task1,5,TimeUnit.SECONDS);TimerTasktask2=newTimerTask(){publicvoidrun(Timeouttimeout)throwsException{System.out.println("order210s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(newTimerTask(){publicvoidrun(Timeouttimeout)throwsException{System.out.println("order315s后执行一次");}},15,TimeUnit.SECONDS);}}
从执行的结果看,order3、order3延时任务只执行了一次,而order2、order1为定时任务,按照不同的周期重复执行。
order15s后执行order210s后执行order315s后执行一次order15s后执行order210s后执行总结
为了让大家更容易理解,上边的代码写的都比较简单粗糙,几种实现方式的demo已经都提交到github地址:https://github.com/chengxy-nds/delayqueue,感兴趣的小伙伴可以下载跑一跑。
这篇文章肝了挺长时间,写作一点也不比上班干活轻松,查证资料反复验证demo的可行性,搭建各种RabbitMQ、Redis环境,只想说我太难了!
可能写的有不够完善的地方,如哪里有错误或者不明了的,欢迎大家踊跃指正!!!
最后
原创不易,码字不易,来点个赞吧~
小福利:
整理了几百本各类技术电子书相送,嘘~,「免费」送给小伙伴们,私信或者评论【666】自行领取。和一些小伙伴们建了一个技术交流群,一起探讨技术、分享技术资料,旨在共同学习进步。