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Java利用Netty時間輪實現(xiàn)延時任務

 更新時間:2022年08月19日 08:59:44   作者:字母哥哥  
時間輪是一種可以執(zhí)行定時任務的數(shù)據(jù)結構和算法。本文將為大家詳細講解一下Java如何利用Netty時間輪算法實現(xiàn)延時任務,感興趣的小伙伴可以了解一下

一、時間輪算法簡介

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

時間輪算法名副其實,時間輪就是一個環(huán)形的數(shù)據(jù)結構,類似于表盤,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(jīng)過每個格子花費時間是 1 s),當前的時間bucket=3,那么在18秒后需要被執(zhí)行的任務需要落到((3+18)%8=5取余運算)的5號bucket上。假如有多個需要在該時間段內(nèi)執(zhí)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面的幾個認知:

時間輪指針是一個Worker線程,在時間輪整點的時候執(zhí)行雙向鏈表中的任務。

時間輪算法的并不是精準的延時,它的執(zhí)行精度取決于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異步任務,否則會影響時間輪后續(xù)任務的執(zhí)行時間?!?/strong>

二、時間輪hello-world

實現(xiàn)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(nèi)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?!?/strong> 我們的火車票訂單取消任務,從需求上看并不需要非常精準的延時,所以是可以使用時間輪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>

然后我們創(chuàng)建一個時間輪,如果是Spring的開發(fā)環(huán)境,我們可以這么做。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分鐘之后被執(zhí)行,下文的lambda表達式部分實現(xiàn)了一個TimerTask(task)延時任務。這個延時任務的函數(shù)體內(nèi),請一定使用異步任務,即:單獨起一個線程或者使用SpringBoot異步任務線程池。因為Worker線程是單線程的,你的任務處理時間長于tickDuration會妨礙后續(xù)時間輪輪片上的任務的執(zhí)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 -> {
    //注意這里使用異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、異步任務線程池

我們在上文中已經(jīng)多次強調(diào),時間輪的任務TimerTask的執(zhí)行內(nèi)容要做成異步的。最簡單的做法就是接到一個任務之后啟動一個線程處理該任務。在Spring環(huán)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,然后通過@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(jiān)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(yōu)缺點

時間輪算法實現(xiàn)延時任務的優(yōu)點就是,相對于使用JDK的DelayQueue,其算法上具有優(yōu)勢,執(zhí)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(fā)的管理,都是在單個應用服務的內(nèi)存中進行的,一旦該應用服務發(fā)生故障重啟服務,時間輪任務數(shù)據(jù)將全部丟失。這一缺點和DelayQueue是一樣的。為了解決這個問題,我們可以使用redis、RocketMQ等分布式中間件來管理延時任務消息的方式來實現(xiàn)延時任務,這個我會在后續(xù)的文章中為大家介紹。

知識點補充

下面主要和大家一起來分析下Netty時間輪調(diào)度算法的原理

時間輪狀態(tài)

時間輪有以下三種狀態(tài):

  • WORKER_STATE_INIT:初始化狀態(tài),此時時間輪內(nèi)的工作線程還沒有開啟
  • WORKER_STATE_STARTED:運行狀態(tài),時間輪內(nèi)的工作線程已經(jīng)開啟
  • WORKER_STATE_SHUTDOWN:終止狀態(tài),時間輪停止工作

狀態(tài)轉換如下:

構造函數(shù)

    public HashedWheelTimer(
            ThreadFactory threadFactory,
            long tickDuration, TimeUnit unit, int ticksPerWheel, boolean leakDetection,
            long maxPendingTimeouts) {

        if (threadFactory == null) {
            throw new NullPointerException("threadFactory");
        }
        if (unit == null) {
            throw new NullPointerException("unit");
        }
        if (tickDuration <= 0) {
            throw new IllegalArgumentException("tickDuration must be greater than 0: " + tickDuration);
        }
        if (ticksPerWheel <= 0) {
            throw new IllegalArgumentException("ticksPerWheel must be greater than 0: " + ticksPerWheel);
        }

        // 初始化時間輪數(shù)組,時間輪大小為大于等于 ticksPerWheel 的第一個 2 的冪,和 HashMap 類似
        wheel = createWheel(ticksPerWheel);
        // 取模用,用來定位數(shù)組中的槽
        mask = wheel.length - 1;

        // 為了保證精度,時間輪內(nèi)的時間單位為納秒
        long duration = unit.toNanos(tickDuration);

        // 時間輪內(nèi)的時鐘撥動頻率不宜太大也不宜太小
        if (duration >= Long.MAX_VALUE / wheel.length) {
            throw new IllegalArgumentException(String.format(
                    "tickDuration: %d (expected: 0 < tickDuration in nanos < %d",
                    tickDuration, Long.MAX_VALUE / wheel.length));
        }

        if (duration < MILLISECOND_NANOS) {
            logger.warn("Configured tickDuration {} smaller then {}, using 1ms.",
                        tickDuration, MILLISECOND_NANOS);
            this.tickDuration = MILLISECOND_NANOS;
        } else {
            this.tickDuration = duration;
        }

        // 創(chuàng)建工作線程
        workerThread = threadFactory.newThread(worker);


        // 非守護線程且 leakDetection 為 true 時檢測內(nèi)存是否泄漏
        leak = leakDetection || !workerThread.isDaemon() ? leakDetector.track(this) : null;

        // 初始化最大等待任務數(shù)
        this.maxPendingTimeouts = maxPendingTimeouts;

        // 如果創(chuàng)建的時間輪實例大于 64,打印日志,并且這個日志只會打印一次
        if (INSTANCE_COUNTER.incrementAndGet() > INSTANCE_COUNT_LIMIT &&
            WARNED_TOO_MANY_INSTANCES.compareAndSet(false, true)) {
            reportTooManyInstances();
        }
    }

構造函數(shù)中的參數(shù)相當重要,當自定義時間輪時,我們應該根據(jù)業(yè)務的范圍設置合理的參數(shù):

  • threadFactory:創(chuàng)建時間輪任務線程的工廠,通過這個工廠可以給我們的線程自定義一些屬性(線程名、異常處理等)
  • tickDuration:時鐘多長時間撥動一次,值越小,時間輪精度越高
  • unit:tickDuration 的單位
  • ticksPerWheel:時間輪數(shù)組大小
  • leakDetection:是否檢測內(nèi)存泄漏
  • maxPendingTimeouts:時間輪內(nèi)最大等待的任務數(shù)

時間輪的時鐘撥動時長應該根據(jù)業(yè)務設置恰當?shù)闹?,如果設置的過大,可能導致任務觸發(fā)時間不準確。如果設置的過小,時間輪轉動頻繁,任務少的情況下加載不到任務,屬于一直空轉的狀態(tài),會占用 CPU 線程資源。

為了防止時間輪占用過多的 CPU 資源,當創(chuàng)建的時間輪對象大于 64 時會以日志的方式提示。

構造函數(shù)中只是初始化了輪線程,并沒有開啟,當?shù)谝淮瓮鶗r間輪內(nèi)添加任務時,線程才會開啟。

到此這篇關于Java利用Netty時間輪實現(xiàn)延時任務的文章就介紹到這了,更多相關Java Netty時間輪內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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