分散式之延時任務方案解析

【本文轉自部落格園  作者：孤獨煙 原文連結：https://www.cnblogs.com/rjzheng/p/8972725.html】
引言

在開發中，往往會遇到一些關於延時任務的需求。例如

生成訂單30分鐘未支付，則自動取消

生成訂單60秒後,給使用者發簡訊

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。那麼這裡就會產生一個問題，這個延時任務和定時任務的區別究竟在哪裡呢?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.定時任務有執行週期，而延時任務在某事件觸發後一段時間內執行，沒有執行週期

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

方案分析

(1)資料庫輪詢

思路

該方案通常是在小型專案中使用，即透過一個執行緒定時的去掃描資料庫，透過訂單時間來判斷是否有超時的訂單，然後進行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專案引入一個依賴如下所示

呼叫Demo類MyJob如下所示

執行程式碼，可發現每隔3秒，輸出如下

要去資料庫掃描啦。。。

優缺點

優點:簡單易行，支援叢集操作    缺點:(1)對伺服器記憶體消耗大 (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，資料庫損耗極大

(2)JDK的延遲佇列

思路

該方案是利用JDK自帶的DelayQueue來實現，這是一個無界阻塞佇列，該佇列只有在延遲期滿的時候才能從中獲取元素，放入DelayQueue中的物件，是必須實現Delayed介面的。DelayedQueue實現工作流程如下圖所示

其中Poll():獲取並移除佇列的超時元素，沒有則返回空 take():獲取並移除佇列的超時元素，如果沒有則wait當前執行緒，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，程式碼如下

執行的測試Demo為，我們設定延遲時間為3秒

輸出如下

優缺點

優點:效率高,任務觸發時間延遲低。缺點:(1)伺服器重啟後，資料全部消失，怕當機 (2)叢集擴充套件相當麻煩 (3)因為記憶體條件限制的原因，比如下單未付款的訂單數太多，那麼很容易就出現OOM異常 (4)程式碼複雜度較高

(3)時間輪演算法

思路

先上一張時間輪的圖(這圖到處都是啦)

時間輪演算法可以類比於時鍾，如上圖箭頭(指標)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個重要的屬性引數，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。

如果當前指標指在1上面，我有一個任務需要4秒以後執行，那麼這個執行的執行緒回撥或者訊息將會被放在5上。那如果需要在20秒之後執行怎麼辦，由於這個環形結構槽數只到8，如果要20秒，指標需要多轉2圈。位置是在2圈之後的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

測試程式碼HashedWheelTimerTest如下所示

輸出如下

優缺點

優點:效率高,任務觸發時間延遲時間比delayQueue低，程式碼複雜度比delayQueue低。缺點:(1)伺服器重啟後，資料全部消失，怕當機 (2)叢集擴充套件相當麻煩 (3)因為記憶體條件限制的原因，比如下單未付款的訂單數太多，那麼很容易就出現OOM異常

(4)redis快取

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,透過score排序來取集合中的值zset常用命令新增元素: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

那麼如何實現呢?我們將訂單超時時間戳與訂單號分別設定為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

此時對應輸出如下

可以看到，幾乎都是3秒之後，消費訂單。

然而，這一版存在一個致命的硬傷，在高併發條件下，多消費者會取到同一個訂單號，我們上測試程式碼ThreadTest

輸出如下所示

顯然，出現了多個執行緒消費同一個資源的情況。

解決方案

(1)用分散式鎖，但是用分散式鎖，效能下降了，該方案不細說。(2)對ZREM的返回值進行判斷，只有大於0的時候，才消費資料，於是將consumerDelayMessage()方法裡的

修改為

在這種修改後，重新執行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失效之後，提供一個回撥，實際上是redis會給客戶端傳送一個訊息。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-events Ex

執行程式碼如下

輸出如下

可以明顯看到3秒過後，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的釋出/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，如果釋出/訂閱的客戶端斷鏈之後又重連，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)由於使用Redis作為訊息通道，訊息都儲存在Redis中。如果傳送程式或者任務處理程式掛了，重啟之後，還有重新處理資料的可能性。 (2)做叢集擴充套件相當方便 (3)時間準確度高缺點:(1)需要額外進行redis維護

(5)使用訊息佇列

我們可以採用rabbitMQ的延時佇列。RabbitMQ具有以下兩個特性，可以實現延遲佇列

RabbitMQ可以針對Queue和Message設定 x-message-tt，來控制訊息的生存時間，如果超時，則訊息變為dead letter

lRabbitMQ的Queue可以配置x-dead-letter-exchange 和x-dead-letter-routing-key(可選)兩個引數，用來控制佇列內出現了deadletter，則按照這兩個引數重新路由。結合以上兩個特性，就可以模擬出延遲訊息的功能,具體的，我改天再寫一篇文章，這裡再講下去，篇幅太長。

優缺點

優點: 高效,可以利用rabbitmq的分散式特性輕易的進行橫向擴充套件,訊息支援持久化增加了可靠性。缺點：本身的易用度要依賴於rabbitMq的運維.因為要引用rabbitMq,所以複雜度和成本變高

總結

本文總結了目前網際網路中，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穫。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散式這塊，花太多時間，應該看看《手把手系列的文章》。不過，鑑於現在的面試造火箭，工作擰螺絲現象太過嚴重，所以博主開始寫《分散式系列》，最後來個小漫畫娛樂一下。