1 前言

延迟任务在我们日常生活中比较常见，比如订单支付超时取消订单功能，又比如自动确定收货的功能等等。

所以本篇文章就来从实现到原理来盘点延迟任务的11种实现方式，这些方式并没有绝对的好坏之分，只是适用场景的不大相同。

在这里插入图片描述

2 DelayQueue

DelayQueue是JDK提供的api，是一个延迟队列

在这里插入图片描述

DelayQueue泛型参数得实现Delayed接口，Delayed继承了Comparable接口。

在这里插入图片描述
getDelay方法返回这个任务还剩多久时间可以执行，小于0的时候说明可以这个延迟任务到了执行的时间了。

compareTo这个是对任务排序的，保证最先到延迟时间的任务排到队列的头。

2.1 demo

@Getter
public class SanYouTask implements Delayed {

    private final String taskContent;

    private final Long triggerTime;

    public SanYouTask(String taskContent, Long delayTime) {
        this.taskContent = taskContent;
        this.triggerTime = System.currentTimeMillis() + delayTime * 1000;
    }

    @Override
    public long getDelay(TimeUnit unit) {
        return unit.convert(triggerTime - System.currentTimeMillis(), TimeUnit.MILLISECONDS);
    }

    @Override
    public int compareTo(Delayed o) {
        return this.triggerTime.compareTo(((SanYouTask) o).triggerTime);
    }

}

SanYouTask实现了Delayed接口，构造参数

taskContent：延迟任务的具体的内容
delayTime：延迟时间，秒为单位

2.2 测试

@Slf4j
public class DelayQueueDemo {

    public static void main(String[] args) {
        DelayQueue<SanYouTask> sanYouTaskDelayQueue = new DelayQueue<>();

        new Thread(() -> {
            while (true) {
                try {
                    SanYouTask sanYouTask = sanYouTaskDelayQueue.take();
                    log.info("获取到延迟任务:{}", sanYouTask.getTaskContent());
                } catch (Exception e) {
                }
            }
        }).start();

        log.info("提交延迟任务");
        sanYouTaskDelayQueue.offer(new SanYouTask("三友的java日记5s", 5L));
        sanYouTaskDelayQueue.offer(new SanYouTask("三友的java日记3s", 3L));
        sanYouTaskDelayQueue.offer(new SanYouTask("三友的java日记8s", 8L));
    }
}

开启一个线程从DelayQueue中获取任务，然后提交了三个任务，延迟时间分为别5s，3s，8s。

测试结果：

在这里插入图片描述

成功实现了延迟任务。

2.3 实现原理

在这里插入图片描述

offer方法在提交任务的时候，会通过根据compareTo的实现对任务进行排序，将最先需要被执行的任务放到队列头。

take方法获取任务的时候，会拿到队列头部的元素，也就是队列中最早需要被执行的任务，通过getDelay返回值判断任务是否需要被立刻执行，如果需要的话，就返回任务，如果不需要就会等待这个任务到延迟时间的剩余时间，当时间到了就会将任务返回。

3 Timer

Timer也是JDK提供的api

3.1 demo

@Slf4j
public class TimerDemo {

    public static void main(String[] args) {
        Timer timer = new Timer();
        
        log.info("提交延迟任务");
        timer.schedule(new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                log.info("执行延迟任务");
            }
        }, 5000);
    }

}

通过schedule提交一个延迟时间为5s的延迟任务

在这里插入图片描述

3.2 实现原理

提交的任务是一个TimerTask

public abstract class TimerTask implements Runnable {
    //忽略其它属性
    
    long nextExecutionTime;
}

TimerTask内部有一个nextExecutionTime属性，代表下一次任务执行的时间，在提交任务的时候会计算出nextExecutionTime值。

Timer内部有一个TaskQueue对象，用来保存TimerTask任务的，会根据nextExecutionTime来排序，保证能够快速获取到最早需要被执行的延迟任务。

在Timer内部还有一个执行任务的线程TimerThread，这个线程就跟DelayQueue demo中开启的线程作用是一样的，用来执行到了延迟时间的任务。

所以总的来看，Timer有点像整体封装了DelayQueue demo中的所有东西，让用起来简单点。

虽然Timer用起来比较简单，但是在阿里规范中是不推荐使用的，主要是有以下几点原因：

Timer使用单线程来处理任务，长时间运行的任务会导致其他任务的延时处理
Timer没有对运行时异常进行处理，一旦某个任务触发运行时异常，会导致整个Timer崩溃，不安全

4 ScheduledThreadPoolExecutor

由于Timer在使用上有一定的问题，所以在JDK1.5版本的时候提供了ScheduledThreadPoolExecutor，这个跟Timer的作用差不多，并且他们的方法的命名都是差不多的，但是ScheduledThreadPoolExecutor解决了单线程和异常崩溃等问题。

4.1 demo

@Slf4j
public class ScheduledThreadPoolExecutorDemo {

    public static void main(String[] args) {
        ScheduledThreadPoolExecutor executor = new ScheduledThreadPoolExecutor(2, new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

        log.info("提交延迟任务");
        executor.schedule(() -> log.info("执行延迟任务"), 5, TimeUnit.SECONDS);
    }

}

结果：

在这里插入图片描述

4.2 实现原理

ScheduledThreadPoolExecutor继承了ThreadPoolExecutor，也就是继承了线程池，所以可以有很多个线程来执行任务。

ScheduledThreadPoolExecutor在构造的时候会传入一个DelayedWorkQueue阻塞队列，所以线程池内部的阻塞队列是DelayedWorkQueue。

在这里插入图片描述
在提交延迟任务的时候，任务会被封装一个任务会被封装成ScheduledFutureTask对象，然后放到DelayedWorkQueue阻塞队列中。

在这里插入图片描述
ScheduledFutureTask实现了前面提到的Delayed接口，所以其实可以猜到DelayedWorkQueue会根据ScheduledFutureTask对于Delayed接口的实现来排序，所以线程能够获取到最早到延迟时间的任务。

当线程从DelayedWorkQueue中获取到需要执行的任务之后就会执行任务。

5 RocketMQ

RocketMQ是阿里开源的一款消息中间件，实现了延迟消息的功能，如果有对RocketMQ不熟悉的小伙伴可以看一下我之前写的RocketMQ保姆级教程和RocketMQ消息短暂而又精彩的一生这两篇文章。

RocketMQ延迟消息的延迟时间默认有18个等级。

在这里插入图片描述
当发送消息的时候只需要指定延迟等级即可。如果这18个等级的延迟时间不符和你的要求，可以修改RocketMQ服务端的配置文件。

5.1 demo

依赖：

<dependency>
    <groupId>org.apache.rocketmq</groupId>
    <artifactId>rocketmq-spring-boot-starter</artifactId>
    <version>2.2.1</version>
  
<!--web依赖-->
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
    <version>2.2.5.RELEASE</version>
</dependency>

配置文件：

rocketmq:
  name-server: 192.168.200.144:9876 #服务器ip:nameServer端口
  producer:
    group: sanyouProducer

controller类，通过DefaultMQProducer发送延迟消息到sanyouDelayTaskTopic这个topic，延迟等级为2，也就是延迟时间为5s的意思。

@RestController
@Slf4j
public class RocketMQDelayTaskController {

    @Resource
    private DefaultMQProducer producer;

    @GetMapping("/rocketmq/add")
    public void addTask(@RequestParam("task") String task) throws Exception {
        Message msg = new Message("sanyouDelayTaskTopic", "TagA", task.getBytes(RemotingHelper.DEFAULT_CHARSET));
        msg.setDelayTimeLevel(2);
        // 发送消息并得到消息的发送结果，然后打印
        log.info("提交延迟任务");
        producer.send(msg);
    }

}

创建一个消费者，监听sanyouDelayTaskTopic的消息。

@Component
@RocketMQMessageListener(consumerGroup = "sanyouConsumer", topic = "sanyouDelayTaskTopic")
@Slf4j
public class SanYouDelayTaskTopicListener implements RocketMQListener<String> {

    @Override
    public void onMessage(String msg) {
        log.info("获取到延迟任务:{}", msg);
    }

}

启动应用，浏览器输入以下链接添加任务

http://localhost:8080/rocketmq/add?task=sanyou

测试结果：

在这里插入图片描述

5.2 实现原理

在这里插入图片描述
生产者发送延迟消息之后，RocketMQ服务端在接收到消息之后，会去根据延迟级别是否大于0来判断是否是延迟消息

如果不大于0，说明不是延迟消息，那就会将消息保存到指定的topic中
如果大于0，说明是延迟消息，此时RocketMQ会进行一波偷梁换柱的操作，将消息的topic改成SCHEDULE_TOPIC_XXXX中，XXXX不是占位符，然后存储。

在BocketMQ内部有一个延迟任务，相当于是一个定时任务，这个任务就会获取SCHEDULE_TOPIC_XXXX中的消息，判断消息是否到了延迟时间，如果到了，那么就会将消息的topic存储到原来真正的topic(拿我们的例子来说就是sanyouDelayTaskTopic)中，之后消费者就可以从真正的topic中获取到消息了。

在这里插入图片描述
RocketMQ这种实现方式相比于前面提到的三种更加可靠，因为前面提到的三种任务内容都是存在内存的，服务器重启任务就丢了，如果要实现任务不丢还得自己实现逻辑，但是RocketMQ消息有持久化机制，能够保证任务不丢失。

6 RabbitMQ

RabbitMQ也是一款消息中间件，通过RabbitMQ的死信队列也可以是先延迟任务的功能。

6.1 demo

引入RabbitMQ的依赖

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-amqp</artifactId>
    <version>2.2.5.RELEASE</version>
</dependency>

配置文件

spring:
  rabbitmq:
    host: 192.168.200.144 #服务器ip
    port: 5672
    virtual-host: /

RabbitMQ死信队列的配置类，后面说原理的时候会介绍干啥的

@Configuration
public class RabbitMQConfiguration {
    
    @Bean
    public DirectExchange sanyouDirectExchangee() {
        return new DirectExchange("sanyouDirectExchangee");
    }

    @Bean
    public Queue sanyouQueue() {
        return QueueBuilder
                //指定队列名称，并持久化
                .durable("sanyouQueue")
                //设置队列的超时时间为5秒，也就是延迟任务的时间
                .ttl(5000)
                //指定死信交换机
                .deadLetterExchange("sanyouDelayTaskExchangee")
                .build();
    }

    @Bean
    public Binding sanyouQueueBinding() {
        return BindingBuilder.bind(sanyouQueue()).to(sanyouDirectExchangee()).with("");
    }

    @Bean
    public DirectExchange sanyouDelayTaskExchange() {
        return new DirectExchange("sanyouDelayTaskExchangee");
    }

    @Bean
    public Queue sanyouDelayTaskQueue() {
        return QueueBuilder
                //指定队列名称，并持久化
                .durable("sanyouDelayTaskQueue")
                .build();
    }

    @Bean
    public Binding sanyouDelayTaskQueueBinding() {
        return BindingBuilder.bind(sanyouDelayTaskQueue()).to(sanyouDelayTaskExchange()).with("");
    }

}

RabbitMQDelayTaskController用来发送消息，这里没指定延迟时间，是因为在声明队列的时候指定了延迟时间为5s

@RestController
@Slf4j
public class RabbitMQDelayTaskController {

    @Resource
    private RabbitTemplate rabbitTemplate;

    @GetMapping("/rabbitmq/add")
    public void addTask(@RequestParam("task") String task) throws Exception {
        // 消息ID，需要封装到CorrelationData中
        CorrelationData correlationData = new CorrelationData(UUID.randomUUID().toString());
        log.info("提交延迟任务");
        // 发送消息
        rabbitTemplate.convertAndSend("sanyouDirectExchangee", "", task, correlationData);
    }

}

启动应用，浏览器输入以下链接添加任务

http://localhost:8080/rabbitmq/add?task=sanyou

测试结果，成功实现5s的延迟任务

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6.2 实现原理

在这里插入图片描述
整个工作流程如下:

消息发送的时候会将消息发送到sanyouDirectExchange这个交换机上
由于sanyouDirectExchange绑定了sanyouQueue，所以消息会被路由到sanyouQueue这个队列上
由于sanyouQueue没有消费者消费消息，并且又设置了5s的过期时间，所以当消息过期之后，消息就被放到绑定的sanyouDelayTaskExchange死信交换机中
消息到达sanyouDelayTaskExchange交换机后，由于跟sanyouDelayTaskQueue进行了绑定，所以消息就被路由到sanyouDelayTaskQueue中，消费者就能从sanyouDelayTaskQueue中拿到消息了

上面说的队列与交换机的绑定关系，就是上面的配置类所干的事。

其实从这个单从消息流转的角度可以看出，RabbitMQ跟RocketMQ实现有相似之处。

消息最开始都并没有放到最终消费者消费的队列中，而都是放到一个中间队列中，等消息到了过期时间或者说是延迟时间，消息就会被放到最终的队列供消费者消息。

只不过RabbitMQ需要你显示的手动指定消息所在的中间队列，而RocketMQ是在内部已经做好了这块逻辑。

除了基于RabbitMQ的死信队列来做，RabbitMQ官方还提供了延时插件，也可以实现延迟消息的功能，这个插件的大致原理也跟上面说的一样，延时消息会被先保存在一个中间的地方，叫做Mnesia，然后有一个定时任务去查询最近需要被投递的消息，将其投递到目标队列中。