使用netty HashedWheelTimer构建简单延迟队列

背景

最近项目中有个业务，需要对用户新增任务到期后进行业务处理。使用定时任务定时扫描过期时间，浪费资源，且不实时。只能使用延时队列处理。

DelayQueue

第一想到的是java自带的延时队列delayqueue。

首先实现一个Delyed类。

实现两个最重要方法。第一个是队列里面的消息排序。DelayQueue底层使用的是阻塞队列。队列的消费端会去take队列的头部元素，没有元素就阻塞在那里。因此，延迟队列中的元素必须按执行时间顺序排列。

@Override
    public int compareTo(Delayed delayed) {
        Message message = (Message) delayed;
        return this.exceptTime > message.getExceptTime() ? 1 : 0;
    }

第二个方法是剩余时间延迟时间。每加入一个元素时将延迟时间传入，得到一个预期执行时间。每当执行此方法的时候，使用预期时间减去当前时间，即时剩余延迟时间。换句话说，还有多长时间执行。为0时立即执行。

@Override
    public long getDelay(TimeUnit unit) {
        System.out.println(exceptTime - System.nanoTime());
        return unit.convert(exceptTime - System.nanoTime(), TimeUnit.SECONDS);
    }

全部代码：

import java.util.concurrent.Delayed;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class Message implements Delayed{
    
    private Integer id;
    private String content;
    private long delay;//延迟时间
    private long exceptTime;//执行时间
    
    public Message() {}
    
    public Message(Integer id, String content, long delay) {
        this.id = id;
        this.content = content;
        this.delay = delay;
        this.exceptTime = System.nanoTime() + delay;
    }

    @Override
    public int compareTo(Delayed delayed) {
        Message message = (Message) delayed;
        return this.exceptTime > message.getExceptTime() ? 1 : 0;
    }
    
    @Override
    public long getDelay(TimeUnit unit) {
        System.out.println(exceptTime - System.nanoTime());
        return unit.convert(exceptTime - System.nanoTime(), TimeUnit.SECONDS);
    }


    public String getContent() {
        return content;
    }

    public void setContent(String content) {
        this.content = content;
    }

    public Integer getId() {
        return id;
    }

    public void setId(Integer id) {
        this.id = id;
    }

    public long getDelay() {
        return delay;
    }

    public void setDelay(long delay) {
        this.delay = delay;
    }

    public long getExceptTime() {
        return exceptTime;
    }

    public void setExceptTime(long exceptTime) {
        this.exceptTime = exceptTime;
    }


}

然后初始化一个DelayQueue，加入任务。并创建一个线程异步执行。

        DelayQueue<Message> delayqueue = new DelayQueue<>();
        Random random = new Random();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Message message = new Message(i, "content" + i, random.nextInt(1000000));
            delayqueue.add(message);
        }
        
 

        new Thread(new Runnable() {

            @Override
            public void run() {
                while (true) {
                    Message message;
                    try {
                        message = delayqueue.take();
                        System.out.println("message = " + message.getId());
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }

            }
        }).start();

    

缺陷

1.毕竟是jdk级别的，不可能做过多的封装。很多API并不是那么好直接使用。比如直接传入一个延迟时间是并不能自动实现的，需要手动封装。

2.DelayQueue并没有长度限制。有内存占用的风险。

3.效率，稳定性方面，在DelayQueue本身肯定是没有问题的，但是在项目中使用，势必需要做一些封装，直接上生产环境心里并没有底。

HashedWheelTimer

netty毕竟是一个大名鼎鼎的框架，广泛使用于业界。它有许多心跳检测等定时任务，使用延时队列来实现。HashedWheelTimer底层数据结构依然是使用DelayedQueue。加上一种叫做时间轮的算法来实现。

关于时间轮算法，有点类似于HashMap。在new 一个HashedWheelTimer实例的时候，可以传入几个参数。

第一，一个时间长度，这个时间长度跟具体任务何时执行没有关系，但是跟执行精度有关。这个时间可以看作手表的指针循环一圈的长度。

然后第二，刻度数。这个可以看作手表的刻度。比如第一个参数为24小时，刻度数为12，那么每一个刻度表示2小时。时间精度只能到两小时。时间长度/刻度数值越大，精度越大。

然后添加一个任务的时候，根据hash算法得到hash值并对刻度数求模得到一个下标，这个下标就是刻度的位置。

然而有一些任务的执行周期超过了第一个参数，比如超过了24小时，就会得到一个圈数round。

简点说，添加一个任务时会根据任务得到一个hash值，并根据时间轮长度和刻度得到一个商值round和模index，比如时间长度24小时，刻度为12，延迟时间为32小时，那么round=1,index=8。时间轮从开启之时起每24/12个时间走一个指针，即index+1,第一圈round=0。当走到第7个指针时，此时index=7，此时刚才的任务并不能执行，因为刚才的任务round=1,必须要等到下一轮index=7的时候才能执行。

如图所示

对于Delayed两个重要实现方法，第一排序，其实是通过hash求商和模决定放入哪个位置。这些位置本身就已经按照时间顺序排序了。第二，延迟时间，已经被封装好了，传入一个延迟的时间就好了。

代码实例：

得到一个延迟队列实例

HashedWheelTimer timer = new HashedWheelTimer(24, //时间轮一圈的长度
                TimeUnit.SECONDS,
                12);//时间轮的度刻

创建一个任务

TimerTask task = new TimerTask() {
            
            @Override
            public void run(Timeout timeout) throws Exception {
                System.out.println("任务执行");
            }
        };

将任务加入延迟队列

timer.newTimeout(task, 1000, TimeUnit.SECONDS);

总结

以上两种方案都没有实现持久化和分布式。持久化可以借助数据库来达到。分布式的话还是使用消息中间件吧。RabbitMq听说已经可以借助某些参数实现。