【Java笔记】实现延时队列1：JDK DelayQueue

JDK DelayQueue是一个无阻塞队列，底层是 PriorityQueue

需求

经典的订单超时取消

创建订单类

放入DelayQueue的对象需要实现Delayed接口

public interface Delayed extends Comparable<Delayed> {long getDelay(TimeUnit unit);
}

可以看到，Delayed包含一个getDelay抽象方法，同时继承了Comparable<Delayed>接口，因此要实现Delayed接口需要实现getDelay和Comparable<Delayed>两个抽象方法，最后完成订单类CancelOrder，实现Delayed接口：

public class CancelOrder implements Delayed {// 订单号private String orderNo;// 过期时间 nano secondsprivate long timeout;public CancelOrder(String orderNo, long timeout) {this.orderNo = orderNo;this.timeout = timeout + System.nanoTime();}@Overridepublic String toString() {return "CancelOrder{" +"orderNo='" + orderNo + '\'' +", timeout=" + timeout +'}';}@Overridepublic long getDelay(TimeUnit unit) {// 以JVM高分辨率时间源的值为参考，获取过期时刻return unit.convert(timeout - System.nanoTime(), TimeUnit.NANOSECONDS);}@Overridepublic int compareTo(Delayed o) {if (o == this){return 0;}CancelOrder t = (CancelOrder) o;long d = (getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS) - t.getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS));return (d == 0) ? 0 : ((d < 0)?  -1 : 1);}
}

这里有几个地方需要啰嗦下：

• 订单类CancelOrder包含两个成员属性：
  • orderNo：订单编号
  • timeout：过期时间，单位为纳秒(1ns = 10^-9s)，所以要用long
• getDelay()方法：用于获取订单过期的时刻，订单过期时刻是以JVM的时间作为起点计算的
  • System.nanoTime(): 返回正在运行的Java虚拟机的高分辨率时间源的当前值，以纳秒计
  • 订单过期的时刻 =JVM时间源的当前值+过期时间timeout
• compareTo方法：就是实现了优先队列的比较方法，根据各个订单的过期时刻排序，这里其实就是一个小顶堆，队头为过期时刻最小的订单。

创建延时队列

创建一个DelayQueue其实就跟创建PriorityQueue差不多，只不过这里不需要重写个Comparator，因为订单对象已经重写了CompareTo了，是一个队头为最早过期（过期时刻最小的）元素的小顶堆。

下面主要用到DelayQueue的两个方法，分别用于加入/取出订单：

• put(): 非常亲切的入队方法，跟普通队列一样，将对象加入队尾；
• take(): 取出队头【过期】对象（不是跟poll()一样直接取出了）

弄个测试类测试一下

public class DelayQueueTest {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {DelayQueue<CancelOrder> queue = new DelayQueue<>();// 每秒生成1个订单，共生成5个订单for (int i = 0; i < 5; i++){// 10s过期CancelOrder cancelOrder = new CancelOrder("orderNo"+i, TimeUnit.NANOSECONDS.convert(10, TimeUnit.SECONDS));// 获取当前时间String time = LocalDateTime.now().format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"));System.out.println(time + ": 生成订单, 10s有效，order: " + cancelOrder);// 将订单放入延时队列queue.put(cancelOrder);// 控制每秒生成一个订单Thread.sleep(1000);}// 延时队列取出超时订单try {while (!queue.isEmpty()){// 轮询获取队头过期元素CancelOrder order = queue.take();// 获取当前时间String timeout = LocalDateTime.now().format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"));System.out.println(timeout + ": 订单超时，order："+order);}} catch (InterruptedException e){throw  new RuntimeException(e);}}
}

输出：

2024-03-30 18:54:37: 生成订单, 10s有效，order: CancelOrder{orderNo='orderNo0', timeout=636498762218800}
2024-03-30 18:54:38: 生成订单, 10s有效，order: CancelOrder{orderNo='orderNo1', timeout=636499784320900}
2024-03-30 18:54:39: 生成订单, 10s有效，order: CancelOrder{orderNo='orderNo2', timeout=636500788490700}
2024-03-30 18:54:40: 生成订单, 10s有效，order: CancelOrder{orderNo='orderNo3', timeout=636501792751100}
2024-03-30 18:54:41: 生成订单, 10s有效，order: CancelOrder{orderNo='orderNo4', timeout=636502796614500}
2024-03-30 18:54:47: 订单超时，order：CancelOrder{orderNo='orderNo0', timeout=636498762218800}
2024-03-30 18:54:48: 订单超时，order：CancelOrder{orderNo='orderNo1', timeout=636499784320900}
2024-03-30 18:54:49: 订单超时，order：CancelOrder{orderNo='orderNo2', timeout=636500788490700}
2024-03-30 18:54:50: 订单超时，order：CancelOrder{orderNo='orderNo3', timeout=636501792751100}
2024-03-30 18:54:51: 订单超时，order：CancelOrder{orderNo='orderNo4', timeout=636502796614500}

优缺点

优点：

• 简单，不需要借助其他第三方组件，成本低，适合单体应用

缺点：

• 不适合数据量较大的场景：所有可能超时的数据都要进入DelayQueue中，全部保存在JVM内存中，内存开销大，可能引发内存溢出
• 无法持久化：因为存在JVM内存中，不像Redis可以通过AOF或者RDB，宕机数据就丢失了
• 无法较好地适配分布式集群：真要分布式就只能在集群中选一台leader专门处理，效率低

Reference

订单超时自动取消的技术方案解析及代码实现