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引言

在開發中，往往會遇到一些關于延時任務的需求。例如

• 生成訂單30分鐘未支付，則自動取消
• 生成訂單60秒后,給用戶發短信

對上述的任務，我們給一個專業的名字來形容，那就是延時任務 。那么這里就會產生一個問題，這個延時任務 和定時任務 的區別究竟在哪里呢？一共有如下幾點區別

1. 定時任務有明確的觸發時間，延時任務沒有
2. 定時任務有執行周期，而延時任務在某事件觸發后一段時間內執行，沒有執行周期
3. 定時任務一般執行的是批處理操作是多個任務，而延時任務一般是單個任務

下面，我們以判斷訂單是否超時為例，進行方案分析

基于 Spring Boot + MyBatis Plus + Vue & Element 實現的后臺管理系統 + 用戶小程序，支持 RBAC 動態權限、多租戶、數據權限、工作流、三方登錄、支付、短信、商城等功能

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• 視頻教程：https://doc.iocoder.cn/video/

方案分析

(1)數據庫輪詢

思路

該方案通常是在小型項目中使用，即通過一個線程定時的去掃描數據庫，通過訂單時間來判斷是否有超時的訂單，然后進行update或delete等操作

實現

博主當年早期是用quartz來實現的(實習那會的事)，簡單介紹一下maven項目引入一個依賴如下所示

<dependency>
<groupId>org.quartz-schedulergroupId>
<artifactId>quartzartifactId>
<version>2.2.2version>
dependency>

調用Demo類MyJob如下所示

packagecom.rjzheng.delay1;

importorg.quartz.JobBuilder;
importorg.quartz.JobDetail;
importorg.quartz.Scheduler;
importorg.quartz.SchedulerException;
importorg.quartz.SchedulerFactory;
importorg.quartz.SimpleScheduleBuilder;
importorg.quartz.Trigger;
importorg.quartz.TriggerBuilder;
importorg.quartz.impl.StdSchedulerFactory;
importorg.quartz.Job;
importorg.quartz.JobExecutionContext;
importorg.quartz.JobExecutionException;

publicclassMyJobimplementsJob{
publicvoidexecute(JobExecutionContextcontext)
throwsJobExecutionException{
System.out.println("要去數據庫掃描啦。。。");
}

publicstaticvoidmain(String[]args)throwsException{
//創建任務
JobDetailjobDetail=JobBuilder.newJob(MyJob.class)
.withIdentity("job1","group1").build();
//創建觸發器每3秒鐘執行一次
Triggertrigger=TriggerBuilder
.newTrigger()
.withIdentity("trigger1","group3")
.withSchedule(
SimpleScheduleBuilder.simpleSchedule()
.withIntervalInSeconds(3).repeatForever())
.build();
Schedulerscheduler=newStdSchedulerFactory().getScheduler();
//將任務及其觸發器放入調度器
scheduler.scheduleJob(jobDetail,trigger);
//調度器開始調度任務
scheduler.start();
}
}

運行代碼，可發現每隔3秒，輸出如下

要去數據庫掃描啦。。。

優缺點

優點:簡單易行，支持集群操作

缺點:

• (1)對服務器內存消耗大
• (2)存在延遲，比如你每隔3分鐘掃描一次，那最壞的延遲時間就是3分鐘
• (3)假設你的訂單有幾千萬條，每隔幾分鐘這樣掃描一次，數據庫損耗極大

(2)JDK的延遲隊列

思路

該方案是利用JDK自帶的DelayQueue來實現，這是一個無界阻塞隊列，該隊列只有在延遲期滿的時候才能從中獲取元素，放入DelayQueue中的對象，是必須實現Delayed接口的。

DelayedQueue實現工作流程如下圖所示

其中

• poll():獲取并移除隊列的超時元素，沒有則返回空
• take():獲取并移除隊列的超時元素，如果沒有則wait當前線程，直到有元素滿足超時條件，返回結果。

實現

定義一個類OrderDelay實現Delayed，代碼如下

packagecom.rjzheng.delay2;

importjava.util.concurrent.Delayed;
importjava.util.concurrent.TimeUnit;

publicclassOrderDelayimplementsDelayed{

privateStringorderId;
privatelongtimeout;

OrderDelay(StringorderId,longtimeout){
this.orderId=orderId;
this.timeout=timeout+System.nanoTime();
}

publicintcompareTo(Delayedother){
if(other==this)
return0;
OrderDelayt=(OrderDelay)other;
longd=(getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS)-t
.getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS));
return(d==0)?0:((d0)?-1:1);
}

//返回距離你自定義的超時時間還有多少
publiclonggetDelay(TimeUnitunit){
returnunit.convert(timeout-System.nanoTime(),TimeUnit.NANOSECONDS);
}

voidprint(){
System.out.println(orderId+"編號的訂單要刪除啦。。。。");
}
}

運行的測試Demo為，我們設定延遲時間為3秒

packagecom.rjzheng.delay2;

importjava.util.ArrayList;
importjava.util.List;
importjava.util.concurrent.DelayQueue;
importjava.util.concurrent.TimeUnit;

publicclassDelayQueueDemo{
publicstaticvoidmain(String[]args){
//TODOAuto-generatedmethodstub
Listlist=newArrayList();
list.add("00000001");
list.add("00000002");
list.add("00000003");
list.add("00000004");
list.add("00000005");
DelayQueuequeue=newDelayQueue();
longstart=System.currentTimeMillis();
for(inti=0;i<5;i++){
//延遲三秒取出
queue.put(newOrderDelay(list.get(i),
TimeUnit.NANOSECONDS.convert(3,TimeUnit.SECONDS)));
try{
queue.take().print();
System.out.println("After"+
(System.currentTimeMillis()-start)+"MilliSeconds");
}catch(InterruptedExceptione){
//TODOAuto-generatedcatchblock
e.printStackTrace();
}
}
}

}

輸出如下

00000001編號的訂單要刪除啦。。。。
After3003MilliSeconds
00000002編號的訂單要刪除啦。。。。
After6006MilliSeconds
00000003編號的訂單要刪除啦。。。。
After9006MilliSeconds
00000004編號的訂單要刪除啦。。。。
After12008MilliSeconds
00000005編號的訂單要刪除啦。。。。
After15009MilliSeconds

可以看到都是延遲3秒，訂單被刪除

優缺點

優點:效率高,任務觸發時間延遲低。缺點:(1)服務器重啟后，數據全部消失，怕宕機(2)集群擴展相當麻煩(3)因為內存條件限制的原因，比如下單未付款的訂單數太多，那么很容易就出現OOM異常(4)代碼復雜度較高

(3)時間輪算法

思路

先上一張時間輪的圖(這圖到處都是啦)

時間輪算法可以類比于時鐘，如上圖箭頭（指針）按某一個方向按固定頻率輪動，每一次跳動稱為一個 tick。這樣可以看出定時輪由個3個重要的屬性參數，ticksPerWheel（一輪的tick數），tickDuration（一個tick的持續時間）以及 timeUnit（時間單位），例如當ticksPerWheel=60，tickDuration=1，timeUnit=秒，這就和現實中的始終的秒針走動完全類似了。

如果當前指針指在1上面，我有一個任務需要4秒以后執行，那么這個執行的線程回調或者消息將會被放在5上。那如果需要在20秒之后執行怎么辦，由于這個環形結構槽數只到8，如果要20秒，指針需要多轉2圈。位置是在2圈之后的5上面（20 % 8 + 1）

實現

我們用Netty的HashedWheelTimer來實現給Pom加上下面的依賴

<dependency>
<groupId>io.nettygroupId>
<artifactId>netty-allartifactId>
<version>4.1.24.Finalversion>
dependency>

測試代碼HashedWheelTimerTest如下所示

packagecom.rjzheng.delay3;

importio.netty.util.HashedWheelTimer;
importio.netty.util.Timeout;
importio.netty.util.Timer;
importio.netty.util.TimerTask;

importjava.util.concurrent.TimeUnit;

publicclassHashedWheelTimerTest{
staticclassMyTimerTaskimplementsTimerTask{
booleanflag;
publicMyTimerTask(booleanflag){
this.flag=flag;
}
publicvoidrun(Timeouttimeout)throwsException{
//TODOAuto-generatedmethodstub
System.out.println("要去數據庫刪除訂單了。。。。");
this.flag=false;
}
}
publicstaticvoidmain(String[]argv){
MyTimerTasktimerTask=newMyTimerTask(true);
Timertimer=newHashedWheelTimer();
timer.newTimeout(timerTask,5,TimeUnit.SECONDS);
inti=1;
while(timerTask.flag){
try{
Thread.sleep(1000);
}catch(InterruptedExceptione){
//TODOAuto-generatedcatchblock
e.printStackTrace();
}
System.out.println(i+"秒過去了");
i++;
}
}
}

輸出如下

1秒過去了
2秒過去了
3秒過去了
4秒過去了
5秒過去了
要去數據庫刪除訂單了。。。。
6秒過去了

優缺點

優點:效率高,任務觸發時間延遲時間比delayQueue低，代碼復雜度比delayQueue低。

缺點:

• (1)服務器重啟后，數據全部消失，怕宕機
• (2)集群擴展相當麻煩
• (3)因為內存條件限制的原因，比如下單未付款的訂單數太多，那么很容易就出現OOM異常

(4)redis緩存

思路一

利用redis的zset,zset是一個有序集合，每一個元素(member)都關聯了一個score,通過score排序來取集合中的值

zset常用命令

• 添加元素:ZADD key score member [[score member] [score member] ...]
• 按順序查詢元素:ZRANGE key start stop [WITHSCORES]
• 查詢元素score:ZSCORE key member
• 移除元素:ZREM key member [member ...]

測試如下

>基于SpringCloudAlibaba+Gateway+Nacos+RocketMQ+Vue&Element實現的后臺管理系統+用戶小程序，支持RBAC動態權限、多租戶、數據權限、工作流、三方登錄、支付、短信、商城等功能
>
>*項目地址：//github.com/YunaiV/yudao-cloud>
>*視頻教程：//doc.iocoder.cn/video/>

#添加單個元素

redis>ZADDpage_rank10google.com
(integer)1


#添加多個元素

redis>ZADDpage_rank9baidu.com8bing.com
(integer)2

redis>ZRANGEpage_rank0-1WITHSCORES
1)"bing.com"
2)"8"
3)"baidu.com"
4)"9"
5)"google.com"
6)"10"

#查詢元素的score值
redis>ZSCOREpage_rankbing.com
"8"

#移除單個元素

redis>ZREMpage_rankgoogle.com
(integer)1

redis>ZRANGEpage_rank0-1WITHSCORES
1)"bing.com"
2)"8"
3)"baidu.com"
4)"9"

那么如何實現呢？我們將訂單超時時間戳與訂單號分別設置為score和member,系統掃描第一個元素判斷是否超時，具體如下圖所示

實現一

packagecom.rjzheng.delay4;

importjava.util.Calendar;
importjava.util.Set;

importredis.clients.jedis.Jedis;
importredis.clients.jedis.JedisPool;
importredis.clients.jedis.Tuple;

publicclassAppTest{
privatestaticfinalStringADDR="127.0.0.1";
privatestaticfinalintPORT=6379;
privatestaticJedisPooljedisPool=newJedisPool(ADDR,PORT);

publicstaticJedisgetJedis(){
returnjedisPool.getResource();
}

//生產者,生成5個訂單放進去
publicvoidproductionDelayMessage(){
for(inti=0;i<5;i++){
//延遲3秒
Calendarcal1=Calendar.getInstance();
cal1.add(Calendar.SECOND,3);
intsecond3later=(int)(cal1.getTimeInMillis()/1000);
AppTest.getJedis().zadd("OrderId",second3later,"OID0000001"+i);
System.out.println(System.currentTimeMillis()+"ms:redis生成了一個訂單任務：訂單ID為"+"OID0000001"+i);
}
}

//消費者，取訂單
publicvoidconsumerDelayMessage(){
Jedisjedis=AppTest.getJedis();
while(true){
Setitems=jedis.zrangeWithScores("OrderId",0,1);
if(items==null||items.isEmpty()){
System.out.println("當前沒有等待的任務");
try{
Thread.sleep(500);
}catch(InterruptedExceptione){
//TODOAuto-generatedcatchblock
e.printStackTrace();
}
continue;
}
intscore=(int)((Tuple)items.toArray()[0]).getScore();
Calendarcal=Calendar.getInstance();
intnowSecond=(int)(cal.getTimeInMillis()/1000);
if(nowSecond>=score){
StringorderId=((Tuple)items.toArray()[0]).getElement();
jedis.zrem("OrderId",orderId);
System.out.println(System.currentTimeMillis()+"ms:redis消費了一個任務：消費的訂單OrderId為"+orderId);
}
}
}

publicstaticvoidmain(String[]args){
AppTestappTest=newAppTest();
appTest.productionDelayMessage();
appTest.consumerDelayMessage();
}

}

此時對應輸出如下

1525086085261ms:redis生成了一個訂單任務：訂單ID為OID00000010
1525086085263ms:redis生成了一個訂單任務：訂單ID為OID00000011
1525086085266ms:redis生成了一個訂單任務：訂單ID為OID00000012
1525086085268ms:redis生成了一個訂單任務：訂單ID為OID00000013
1525086085270ms:redis生成了一個訂單任務：訂單ID為OID00000014
1525086088000ms:redis消費了一個任務：消費的訂單OrderId為OID00000010
1525086088001ms:redis消費了一個任務：消費的訂單OrderId為OID00000011
1525086088002ms:redis消費了一個任務：消費的訂單OrderId為OID00000012
1525086088003ms:redis消費了一個任務：消費的訂單OrderId為OID00000013
1525086088004ms:redis消費了一個任務：消費的訂單OrderId為OID00000014
當前沒有等待的任務
當前沒有等待的任務
當前沒有等待的任務

可以看到，幾乎都是3秒之后，消費訂單。

然而，這一版存在一個致命的硬傷，在高并發條件下，多消費者會取到同一個訂單號，我們上測試代碼ThreadTest

packagecom.rjzheng.delay4;

importjava.util.concurrent.CountDownLatch;

publicclassThreadTest{
privatestaticfinalintthreadNum=10;
privatestaticCountDownLatchcdl=newCountDownLatch(threadNum);
staticclassDelayMessageimplementsRunnable{
publicvoidrun(){
try{
cdl.await();
}catch(InterruptedExceptione){
//TODOAuto-generatedcatchblock
e.printStackTrace();
}
AppTestappTest=newAppTest();
appTest.consumerDelayMessage();
}
}
publicstaticvoidmain(String[]args){
AppTestappTest=newAppTest();
appTest.productionDelayMessage();
for(inti=0;inewThread(newDelayMessage()).start();
cdl.countDown();
}
}
}

輸出如下所示

1525087157727ms:redis生成了一個訂單任務：訂單ID為OID00000010
1525087157734ms:redis生成了一個訂單任務：訂單ID為OID00000011
1525087157738ms:redis生成了一個訂單任務：訂單ID為OID00000012
1525087157747ms:redis生成了一個訂單任務：訂單ID為OID00000013
1525087157753ms:redis生成了一個訂單任務：訂單ID為OID00000014
1525087160009ms:redis消費了一個任務：消費的訂單OrderId為OID00000010
1525087160011ms:redis消費了一個任務：消費的訂單OrderId為OID00000010
1525087160012ms:redis消費了一個任務：消費的訂單OrderId為OID00000010
1525087160022ms:redis消費了一個任務：消費的訂單OrderId為OID00000011
1525087160023ms:redis消費了一個任務：消費的訂單OrderId為OID00000011
1525087160029ms:redis消費了一個任務：消費的訂單OrderId為OID00000011
1525087160038ms:redis消費了一個任務：消費的訂單OrderId為OID00000012
1525087160045ms:redis消費了一個任務：消費的訂單OrderId為OID00000012
1525087160048ms:redis消費了一個任務：消費的訂單OrderId為OID00000012
1525087160053ms:redis消費了一個任務：消費的訂單OrderId為OID00000013
1525087160064ms:redis消費了一個任務：消費的訂單OrderId為OID00000013
1525087160065ms:redis消費了一個任務：消費的訂單OrderId為OID00000014
1525087160069ms:redis消費了一個任務：消費的訂單OrderId為OID00000014
當前沒有等待的任務
當前沒有等待的任務
當前沒有等待的任務
當前沒有等待的任務

顯然，出現了多個線程消費同一個資源的情況。

解決方案

• (1)用分布式鎖，但是用分布式鎖，性能下降了，該方案不細說。
• (2)對ZREM的返回值進行判斷，只有大于0的時候，才消費數據，于是將consumerDelayMessage()方法里的

if(nowSecond>=score){
StringorderId=((Tuple)items.toArray()[0]).getElement();
jedis.zrem("OrderId",orderId);
System.out.println(System.currentTimeMillis()+"ms:redis消費了一個任務：消費的訂單OrderId為"+orderId);
}

修改為

if(nowSecond>=score){
StringorderId=((Tuple)items.toArray()[0]).getElement();
Longnum=jedis.zrem("OrderId",orderId);
if(num!=null&&num>0){
System.out.println(System.currentTimeMillis()+"ms:redis消費了一個任務：消費的訂單OrderId為"+orderId);
}
}

在這種修改后，重新運行ThreadTest類，發現輸出正常了

思路二

該方案使用redis的Keyspace Notifications，中文翻譯就是鍵空間機制，就是利用該機制可以在key失效之后，提供一個回調，實際上是redis會給客戶端發送一個消息。是需要redis版本2.8以上。

實現二

在redis.conf中，加入一條配置

notify-keyspace-eventsEx

運行代碼如下

packagecom.rjzheng.delay5;

importredis.clients.jedis.Jedis;
importredis.clients.jedis.JedisPool;
importredis.clients.jedis.JedisPubSub;

publicclassRedisTest{
privatestaticfinalStringADDR="127.0.0.1";
privatestaticfinalintPORT=6379;
privatestaticJedisPooljedis=newJedisPool(ADDR,PORT);
privatestaticRedisSubsub=newRedisSub();

publicstaticvoidinit(){
newThread(newRunnable(){
publicvoidrun(){
jedis.getResource().subscribe(sub,"__keyevent@0__:expired");
}
}).start();
}

publicstaticvoidmain(String[]args)throwsInterruptedException{
init();
for(inti=0;i<10;i++){
StringorderId="OID000000"+i;
jedis.getResource().setex(orderId,3,orderId);
System.out.println(System.currentTimeMillis()+"ms:"+orderId+"訂單生成");
}
}

staticclassRedisSubextendsJedisPubSub{
@Override
publicvoidonMessage(Stringchannel,Stringmessage){
System.out.println(System.currentTimeMillis()+"ms:"+message+"訂單取消");
}
}
}

輸出如下

1525096202813ms:OID0000000訂單生成
1525096202818ms:OID0000001訂單生成
1525096202824ms:OID0000002訂單生成
1525096202826ms:OID0000003訂單生成
1525096202830ms:OID0000004訂單生成
1525096202834ms:OID0000005訂單生成
1525096202839ms:OID0000006訂單生成
1525096205819ms:OID0000000訂單取消
1525096205920ms:OID0000005訂單取消
1525096205920ms:OID0000004訂單取消
1525096205920ms:OID0000001訂單取消
1525096205920ms:OID0000003訂單取消
1525096205920ms:OID0000006訂單取消
1525096205920ms:OID0000002訂單取消

可以明顯看到3秒過后，訂單取消了

ps:redis的pub/sub 機制存在一個硬傷，官網內容如下

原 :Because Redis Pub/Sub is fire and forget currently there is no way to use this feature if your application demands reliable notification of events, that is, if your Pub/Sub client disconnects, and reconnects later, all the events delivered during the time the client was disconnected are lost.

翻 : Redis的發布/訂閱目前是即發即棄(fire and forget)模式的，因此無法實現事件的可靠通知。也就是說，如果發布/訂閱的客戶端斷鏈之后又重連，則在客戶端斷鏈期間的所有事件都丟失了。因此，方案二不是太推薦。當然，如果你對可靠性要求不高，可以使用。

優缺點

優點:

• (1)由于使用Redis作為消息通道，消息都存儲在Redis中。如果發送程序或者任務處理程序掛了，重啟之后，還有重新處理數據的可能性。
• (2)做集群擴展相當方便
• (3)時間準確度高

缺點:(1)需要額外進行redis維護

(5)使用消息隊列

我們可以采用rabbitMQ的延時隊列。RabbitMQ具有以下兩個特性，可以實現延遲隊列

• RabbitMQ可以針對Queue和Message設置 x-message-tt，來控制消息的生存時間，如果超時，則消息變為dead letter
• lRabbitMQ的Queue可以配置x-dead-letter-exchange 和x-dead-letter-routing-key（可選）兩個參數，用來控制隊列內出現了deadletter，則按照這兩個參數重新路由。結合以上兩個特性，就可以模擬出延遲消息的功能,具體的，我改天再寫一篇文章，這里再講下去，篇幅太長。

優缺點

優點: 高效,可以利用rabbitmq的分布式特性輕易的進行橫向擴展,消息支持持久化增加了可靠性。缺點：本身的易用度要依賴于rabbitMq的運維.因為要引用rabbitMq,所以復雜度和成本變高

總結

本文總結了目前互聯網中，絕大部分的延時任務的實現方案。希望大家在工作中能夠有所收獲。

其實大家在工作中，百分九十的人還是以業務邏輯為主，很少有機會能夠進行方案設計。所以博主不推薦在分布式這塊，花太多時間。