DelayQueue学习及实现定时任务

延迟队列DelayQueue

DelayQueue概念

DelayQueue是一个无界的BlockingQueue（阻塞队列），队列中的元素是以到期时间进行排序的，只有到期的元素才能被取出。

扩展

• 无界队列：

  简单来讲，无界队列就是指，当队列满了之后，如果又新增元素，队列会自动扩容；举一反三，有界队列就是队列容量固定不变。

• 阻塞队列：

  简单来讲，阻塞队列就是指，当队列元素为空，获取元素的线程会等待队列变为非空，除非线程关闭；队列满时，添加元素的线程也会等待队列可用。同理，非阻塞队列，就是，出现上述情况时，立马返回结果

• 队列排序：

  网上很多教程说是对头元素的延迟到期时间最长。这边按照实际业务情况应该是：

  元素从尾部插入队列，然后按照时间排序，调用内部的CompareTo方法，最先到期的会存放在对头，每次调用take方法获取头部元素，会根据头部元素是否到期，决定接下来的逻辑。

• 不能将null元素放在这种队列中，会导致所有获取元素的线程阻塞。

适用场景

可用于所有延迟处理的业务场景，比如下单后一段时间未支付更改订单状态，定时任务调度等。

DelayQueue定时任务

DelayQueue只能添加实现了Delayed接口的对象。

1. 创建对象，实现Delayed接口，重写方法

   @Data //lombok注解，类似get/set方法
   public class DelayTask implements Delayed {
       private Long expireTime;//到期时间
       private Object data;//插入的数据
   ​
       private DelayTask(Long expireTime,Object data){
           this.data=data;
           this.expireTime = expireTime;
       }
       //对外提供一个创建任务实例的方法
       public static DelayTask buildTask(Long expireTime,Object data){
           return new DelayTask(expireTime,data);
       }
       @Override
       public long getDelay(TimeUnit unit) {
           //此处注意时间转换，必须要转为毫秒数，不然底层方法获取等待延迟时间时，会有隐患
           return unit.convert(expireTime-System.currentTimeMillis(),TimeUnit.MILLISECONDS);
       }
   ​
       @Override
       public int compareTo(Delayed o) {//此处拿当前元素的到期时间与队列内元素对比，判断存储位置
           return (int)(this.getDelay(TimeUnit.SECONDS)-o.getDelay(TimeUnit.SECONDS));
       }
   }

    

2. 创建工具类，定义队列，提供添加元素方法

   此处实现ApplicationRunner接口，实现项目启动就启动线程读取队列中的任务。

   @Component
   @Order(2)//设置执行顺序，数字越小，越先执行
   public class TaskUtils implements ApplicationRunner {
       //定义队列
       public static final DelayQueue<DelayTask> queue = new DelayQueue();
       //添加任务方法
       public static void add(Object o,Long expire){
           queue.offer(DelayTask.buildTask(expire,o));
       }
       @Override
       public void run(ApplicationArguments args) throws Exception {
           //项目启动则启动线程，查询所有的任务
           new Thread(new Runnable() {
               @SneakyThrows
               @Override
               public void run() {
                   while (true){//持续读取
                       System.out.println("开始读取---");
                       DelayTask take =  queue.take();
                       System.out.println("任务获取时间:"+System.currentTimeMillis());
                       System.out.println("任务内容:"+take.getData());
                   }
               }
           }).start();
       }
   }

3. 创建对象，像队列中塞数据

   @Component
   @Order(1) //设置优先级，先插入任务
   public class CreateTask implements ApplicationRunner {
       @Override
       public void run(ApplicationArguments args) throws Exception {
           System.out.println("项目启动完成，即将执行任务");
           Calendar calendar = Calendar.getInstance();
           calendar.add(Calendar.SECOND,10);
           Date expire = calendar.getTime();
           TaskUtils.add("测试任务", expire.getTime());
           System.out.println("任务插入时间："+System.currentTimeMillis());
       }
   }
   ​

源码分析

• offer()方法

    public boolean offer(E e) {
        final ReentrantLock lock = this.lock;//获取锁
        lock.lock();
        try {
            q.offer(e);//向队列中插入数据，方法内部判断插入的数据是否为null，是的话就抛出空指针异常。
            if (q.peek() == e) {
                leader = null;
                available.signal();
            }
            return true;
        } finally {
            lock.unlock();//释放锁
        }
    }

简单解释一下offer()执行流程:

1. 获取锁，保证线程安全；

2. 向队列中插入元素，元素为null就抛异常；

3. 判断当前头部元素是否就是目前新增的元素，是的话就把leader线程设置为null。leader指的是当前操作该队列的线程，如果把leader置为空，说明当前没有线程操作该队列，这很容易理解，因为元素一开始没数据，肯定没有线程操作这个队列，就算有线程获取数据，也因为没有元素，进入了线程阻塞；

4. available.signal()方法，唤醒线程，意思就是告诉其他线程，队列现在有数据啦，你们可以自由发挥啦。

5. 释放锁，释放资源。

• take()方法

    public E take() throws InterruptedException {
          final ReentrantLock lock = this.lock;//获取锁--1
          lock.lockInterruptibly();
          try {
              for (;;) {
                  E first = q.peek();//获取第一个元素
                  if (first == null)
                      available.await();//如果第一个元素是空，说明队列没数据，则获取线程进入等待；--2
                  else {
                      long delay = first.getDelay(NANOSECONDS);//获取当前数据的剩余到期时间--3
                      if (delay <= 0)
                          return q.poll();
                      first = null; // don't retain ref while waiting  ---4
                      if (leader != null)
                          available.await();//如果当前已经有线程在操作队列，则该线程等待；---5
                      else {
                          Thread thisThread = Thread.currentThread();
                          leader = thisThread; // ---6
                          try {
                              available.awaitNanos(delay);//等待剩余到期时间，然后执行 --7
                          } finally {
                              if (leader == thisThread)
                                  leader = null; //---8
                          }
                      }
                  }
              }
          } finally {
              if (leader == null && q.peek() != null)
                  available.signal();// ---9
              lock.unlock();// ---10
          }
      }

   

执行流程说明：

1. 获取锁，保证线程安全；

2. 获取队列头部第一个元素，如果队首为空，则线程阻塞，说明当前队列没有元素，空队列；这就是为什么一开始说不能插入null元素；

3. 如果第一个元素不是空，则获取他的剩余到期时间，getDelay()方法就是我们重写的方法，如果到期时间小于0，说明已经到期，直接返回当前数据；

4. 如果获取的第一个元素还未到期，则释放first的引用（first=null），防止内存泄露；

5. 判断当前有没有其他线程正在操作该队列，如果leader不是null，说明有线程在操作，设置当前线程阻塞，available.await();

6. 如果没有其他线程在操作队列，则将当前线程设置为leader；这个时候如果有其他线程访问这个队列，就会看到leader不是null，进入第5步；

7. 线程阻塞，阻塞时间为剩余到期时间；

8. 执行结束，将leader设置为null，让其他线程有机会变成leader；

9. 如果leader是null，并且队列元素不是空，唤醒其他线程

10. 释放锁；