延時任務-基於netty時間輪演算法實現

一、時間輪演算法簡介

為了大家能夠理解下文中的代碼，我們先來簡單瞭解一下netty時間輪演算法的核心原理

時間輪演算法名副其實，時間輪就是一個環形的數據結構，類似於表盤，將時間輪分成多個bucket(比如：0-8)。假設每個時間輪輪片的分隔時間段tickDuration=1s（即：指針經過每個格子花費時間是 1 s），當前的時間bucket=3，那麼在18秒後需要被執行的任務需要落到（（3+18）%8=5取餘運算）的5號bucket上。假如有多個需要在該時間段內執行的任務，就會組成一個雙向鏈表。
另外針對時間輪我們要有下麵的幾個認知：

• 時間輪指針是一個Worker線程，在時間輪整點的時候執行雙向鏈表中的任務。
• 時間輪演算法的並不是精準的延時，它的執行精度取決於每個時間輪輪片的分隔時間段tickDuration
• Worker線程是單線程，一個bucket、一個bucket的順序處理任務。所以我們的延時任務一定要做成非同步任務，否則會影響時間輪後續任務的執行時間。

二、時間輪hello-world

實現一個延時任務的例子，需求仍然十分的簡單：你買了一張火車票，必須在30分鐘之內付款，否則該訂單被自動取消。訂單30分鐘不付款自動取消，這個任務就是一個延時任務。 我們的火車票訂單取消任務，從需求上看並不需要非常精準的延時，所以是可以使用時間輪演算法來完成這個任務的。

首先通過maven坐標引入netty

<dependency>
    <groupId>io.netty</groupId>
    <artifactId>netty-all</artifactId>
    <version>4.1.45.Final</version>
</dependency>

然後我們創建一個時間輪，如果是Spring的開發環境，我們可以這麼做。下文中我們new了一個包含512個bucket的時間輪，每個時間輪的輪片時間間隔是100毫秒。

@Bean("hashedWheelTimer")
public HashedWheelTimer hashedWheelTimer(){
    return new HashedWheelTimer(100, TimeUnit.MILLISECONDS, 512);
}

舉例：當用戶買火車票下單的時候，向時間輪中添加一個30分鐘的延時任務。延時任務將在30分鐘之後被執行，下文的lambda表達式部分實現了一個TimerTask(task)延時任務。這個延時任務的函數體內，請一定使用非同步任務，即：單獨起一個線程或者使用SpringBoot非同步任務線程池。因為Worker線程是單線程的，你的任務處理時間長於tickDuration會妨礙後續時間輪輪片上的任務的執行。

//訂單下單操作
void order(String orderInfo) {
  //下單的時候，向時間輪中添加一個30分鐘的延時任務
  hashedWheelTimer.newTimeout(task -> {
    //註意這裡使用非同步任務線程池或者開啟線程進行訂單取消任務的處理
    cancelOrder(orderInfo);
  }, 30, TimeUnit.MINUTES);
}

三、非同步任務線程池

我們在上文中已經多次強調，時間輪的任務TimerTask的執行內容要做成非同步的。最簡單的做法就是接到一個任務之後啟動一個線程處理該任務。在Spring環境下其實我們有更好的選擇，就是使用Spring的線程池，這個線程池是可以自定義的。比如：下文中的用法是我事先定義了一個名字為test的線程池，然後通過@Async使用即可。

@Async("test")
public void cancelOrder(String orderInfo){
  //查詢訂單支付信息，如果用戶未支付，關閉訂單
}

可能有的朋友，還不知道該如何自定義一個Spring線程池，可以參考：我之前寫過一個SpringBoot的可觀測、易配置的線程池開源項目，源代碼地址：https://gitee.com/hanxt/zimug-monitor-threadpool 。我的這個zimug-monitor-threadpool開源項目，可以做到對線程池使用情況的監控，我自己平時用的效果還不錯，向大家推薦一下！

四、時間輪優缺點

時間輪演算法實現延時任務的優點就是，相對於使用JDK的DelayQueue，其演算法上具有優勢，執行性能相對好一些。
其缺點就是所有的延時任務以及延時觸發的管理，都是在單個應用服務的記憶體中進行的，一旦該應用服務發生故障重啟服務，時間輪任務數據將全部丟失。這一缺點和DelayQueue是一樣的。為瞭解決這個問題，我們可以使用redis、RocketMQ等分散式中間件來管理延時任務消息的方式來實現延時任務，這個我會在後續的文章中為大家介紹。
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