延遲隊(duì)列的需求各位應(yīng)該在日常開(kāi)發(fā)的場(chǎng)景中經(jīng)常碰到。比如：

• 用戶登錄之后5分鐘給用戶做分類(lèi)推送；
• 用戶多少天未登錄給用戶做召回推送；
• 定期檢查用戶當(dāng)前退款賬單是否被商家處理等等場(chǎng)景。

一般這種場(chǎng)景和定時(shí)任務(wù)還是有很大的區(qū)別，定時(shí)任務(wù)是你知道任務(wù)多久該跑一次或者什么時(shí)候只跑一次，這個(gè)時(shí)間是確定的。延遲隊(duì)列是當(dāng)某個(gè)事件發(fā)生的時(shí)候需要延遲多久觸發(fā)配套事件，引子事件發(fā)生的時(shí)間不是固定的。

業(yè)界目前也有很多實(shí)現(xiàn)方案，單機(jī)版的方案就不說(shuō)了，現(xiàn)在也沒(méi)有哪個(gè)公司還是單機(jī)版的服務(wù)，今天我們一一探討各種方案的大致實(shí)現(xiàn)。

1. Redis zset

這個(gè)方案比較常用，簡(jiǎn)單有效。利用 Redis 的 sorted set 結(jié)構(gòu)，使用 timeStamp 作為 score，比如你的任務(wù)是要延遲5分鐘，那么就在當(dāng)前時(shí)間上加5分鐘作為 score ，輪詢?nèi)蝿?wù)每秒只輪詢 score 大于當(dāng)前時(shí)間的 key即可，如果任務(wù)支持有誤差，那么當(dāng)沒(méi)有掃描到有效數(shù)據(jù)的時(shí)候可以休眠對(duì)應(yīng)時(shí)間再繼續(xù)輪詢。

方案優(yōu)劣：

優(yōu)點(diǎn)：

簡(jiǎn)單實(shí)用，一針見(jiàn)血。

缺點(diǎn)：

1. 單個(gè) zset 肯定支持不了太大的數(shù)據(jù)量，如果你有幾百萬(wàn)的延遲任務(wù)需求，大哥我還是勸你換一個(gè)方案；
2. 定時(shí)器輪詢方案可能會(huì)有異常終止的情況需要自己處理，同時(shí)消息處理失敗的回滾方案，您也要自己處理。

所以，sorted set 的方案并不是一個(gè)成熟的方案，他只是一個(gè)快速可供落地的方案。

2. RabbitMQ隊(duì)列

下面說(shuō)一個(gè)可以落地的方案，這個(gè)方案也被大多數(shù)目前在架構(gòu)中使用了 RabbitMQ 的項(xiàng)目組使用。不好的一點(diǎn)就是，捆綁 RabbitMQ，當(dāng)你的架構(gòu)方案是要用別的 MQ 替換 RabbitMQ 的時(shí)候，你就蛋疼了（我現(xiàn)在正在經(jīng)歷）。

RabbitMQ 有兩個(gè)特性，一個(gè)是 Time-To-Live Extensions，另一個(gè)是 Dead Letter Exchanges。

Time-To-Live Extensions

RabbitMQ允許我們?yōu)橄⒒蛘哧?duì)列設(shè)置TTL（time to live），也就是過(guò)期時(shí)間。TTL表明了一條消息可在隊(duì)列中存活的最大時(shí)間，單位為毫秒。也就是說(shuō)，當(dāng)某條消息被設(shè)置了TTL或者當(dāng)某條消息進(jìn)入了設(shè)置了TTL的隊(duì)列時(shí)，這條消息會(huì)在經(jīng)過(guò)TTL秒后 “死亡”，成為Dead Letter。如果既配置了消息的TTL，又配置了隊(duì)列的TTL，那么較小的那個(gè)值會(huì)被取用。

Dead Letter Exchanges

在 RabbitMQ 中，一共有三種消息的 “死亡” 形式：

• 消息被拒絕。通過(guò)調(diào)用 basic.reject 或者 basic.nack 并且設(shè)置的 requeue 參數(shù)為 false；
• 消息因?yàn)樵O(shè)置了TTL而過(guò)期；
• 隊(duì)列達(dá)到最大長(zhǎng)度。
  

DLX同一般的 Exchange 沒(méi)有區(qū)別，它能在任何的隊(duì)列上被指定，實(shí)際上就是設(shè)置某個(gè)隊(duì)列的屬性。當(dāng)隊(duì)列中有 DLX 消息時(shí)，RabbitMQ就會(huì)自動(dòng)的將 DLX 消息重新發(fā)布到設(shè)置的 Exchange 中去，進(jìn)而被路由到另一個(gè)隊(duì)列，publish 可以監(jiān)聽(tīng)這個(gè)隊(duì)列中消息做相應(yīng)的處理。

由上簡(jiǎn)介大家可以看出，RabbitMQ本身是不支持延遲隊(duì)列的，只是他的特性讓勤勞的 中國(guó)脫發(fā)群體 急中生智（為了完成任務(wù)）弄出了這么一套可用的方案。

可用的方案就是：

1. 如果有事件需要延遲那么將該事件發(fā)送到MQ 隊(duì)列中，為需要延遲的消息設(shè)置一個(gè)TTL；
2. TTL到期后就會(huì)自動(dòng)進(jìn)入設(shè)置好的DLX，然后由DLX轉(zhuǎn)發(fā)到配置好的實(shí)際消費(fèi)隊(duì)列；
3. 消費(fèi)該隊(duì)列的延遲消息，處理事件。
   

方案優(yōu)劣：

優(yōu)點(diǎn)：

大品牌組件，用的放心。如果面臨大數(shù)據(jù)量需求可以很容易的橫向擴(kuò)展，同時(shí)消息支持持久化，有問(wèn)題可回滾。

缺點(diǎn)：

1. 配置麻煩，額外增加一個(gè)死信交換機(jī)和一個(gè)死信隊(duì)列的配置；
2. RabbitMQ 是一個(gè)消息中間件，TTL 和 DLX 只是他的一個(gè)特性，將延遲隊(duì)列綁定在一個(gè)功能軟件的某一個(gè)特性上，可能會(huì)有風(fēng)險(xiǎn)。不要杠，當(dāng)你們組不用 RabbitMQ 的時(shí)候遷移很痛苦；
3. 消息隊(duì)列具有先進(jìn)先出的特點(diǎn)，如果第一個(gè)進(jìn)入隊(duì)列的消息 A 的延遲是10分鐘，第二個(gè)進(jìn)入隊(duì)列的消息B 的延遲是5分鐘，期望的是誰(shuí)先到 TTL誰(shuí)先出，但是事實(shí)是B已經(jīng)到期了，而還要等到 A 的延遲10分鐘結(jié)束A先出之后，B 才能出。所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候需要考慮不同延遲的消息要放到不同的隊(duì)列。另外該問(wèn)題官方已經(jīng)給出了插件來(lái)支持：插件地址。
   

3. 基于 Netty#HashedWheelTimer類(lèi)方法的實(shí)現(xiàn)

HashedWheelTimer 是 Netty 中 的一個(gè)基礎(chǔ)工具類(lèi)，主要用來(lái)高效處理大量定時(shí)任務(wù)，且任務(wù)對(duì)時(shí)間精度要求相對(duì)不高， 在Netty 中的應(yīng)用場(chǎng)景就是連接超時(shí)或者任務(wù)處理超時(shí)，一般都是操作比較快速的任務(wù)，缺點(diǎn)是內(nèi)存占用相對(duì)較高。

算法思想

HashedWheelTimer 主要還是一個(gè) DelayQueue 和一個(gè)時(shí)間輪算法組合。

Hash Wheel Timer是一個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)，可以想象成時(shí)鐘，分為很多格子，一個(gè)格子代表一段時(shí)間（越短Timer精度越高），并用一個(gè)List保存在該格子上到期的所有任務(wù)。同時(shí)一個(gè)指針隨著時(shí)間流逝一格一格轉(zhuǎn)動(dòng)，并執(zhí)行對(duì)應(yīng)List中所有到期的任務(wù)。

以上圖為例，假設(shè)一個(gè)格子是1s，則整個(gè)時(shí)間輪能表示的時(shí)間段16s。當(dāng)前任務(wù)指向格子2，表明在第2s的時(shí)候有任務(wù)需要執(zhí)行。任務(wù)列表中有兩個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)前面的數(shù)字表示圈數(shù)。2表示當(dāng)走到第2圈的時(shí)候才會(huì)執(zhí)行，那么整個(gè)任務(wù)的真正執(zhí)行時(shí)間其實(shí)是在12s之后執(zhí)行，即第二圈走到2的時(shí)候。每推進(jìn)一格，對(duì)應(yīng)的每一個(gè) slot 中的round數(shù)都要減一。整體算法就是這么個(gè)邏輯。

時(shí)間輪設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

• tick，一次時(shí)間推進(jìn)，每次推進(jìn)會(huì)檢查/執(zhí)行超時(shí)任務(wù)；
• tickDuration，時(shí)間輪推進(jìn)的最小單元，每隔 tickDuration 會(huì)有一次 tick，它決定了時(shí)間輪的精確程度；
• bucket（ticksPerWheel），上圖中的每一隔就是一個(gè)bucket，表示一個(gè)時(shí)間輪可以有多少個(gè)tick，它是存儲(chǔ)任務(wù)的最小單元；
• 上層時(shí)間輪的 tickDuration 是下層時(shí)間輪的表示時(shí)間的最大范圍，即：父 tickDuration = 子 tickDuration * 子 bucket 。

需要注意的是，這種方式任務(wù)是串行執(zhí)行的。意味著你如果在時(shí)間輪中執(zhí)行任務(wù)且任務(wù)耗時(shí)較長(zhǎng)，將會(huì)出現(xiàn)調(diào)度超時(shí)或者任務(wù)堆積的情況。所以要將任務(wù)的執(zhí)行異步化。

算法的要點(diǎn)：

1. 任務(wù)并不是直接放在格子中的，而是維護(hù)了一個(gè)雙向鏈表，這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)非常便于插入和移除；
2. 新添加的任務(wù)并不直接放入格子，而是先放入一個(gè)隊(duì)列中，這是為了避免多線程插入任務(wù)的沖突。在每個(gè)tick運(yùn)行任務(wù)之前由worker線程自動(dòng)對(duì)任務(wù)進(jìn)行歸集和分類(lèi)，插入到對(duì)應(yīng)的槽位里面。
   

Netty 使用數(shù)組 + 雙向鏈表的方式來(lái)組織時(shí)間輪，對(duì)于添加/取消操作僅做了記錄，真正的操作實(shí)際發(fā)生在下一個(gè)tick。時(shí)間的推進(jìn)是獨(dú)立的線程在做，該線程同時(shí)也負(fù)責(zé)過(guò)期任務(wù)的執(zhí)行等操作，可簡(jiǎn)單認(rèn)為此步驟操作為O(n)，因?yàn)橥七M(jìn)線程需要完全遍歷timeouts、cancelledTimeouts與bucket鏈表，在遍歷timeouts時(shí)，Netty為了避免任務(wù)過(guò)多，所以限制每次最多遍歷10萬(wàn)個(gè)，也就是說(shuō)，一個(gè)tick只能規(guī)劃10萬(wàn)個(gè)任務(wù)，當(dāng)任務(wù)量過(guò)大時(shí)，會(huì)存在超時(shí)任務(wù)執(zhí)行時(shí)間延遲的現(xiàn)象。

方案優(yōu)劣：

優(yōu)點(diǎn)：

實(shí)現(xiàn)比較優(yōu)雅。效率高。

缺點(diǎn)：

無(wú)法實(shí)現(xiàn)HA和橫向擴(kuò)展，要么就使用多個(gè)時(shí)間輪。
最重要的是，實(shí)現(xiàn)也比較復(fù)雜，開(kāi)發(fā)者需要考慮所有可能的情況。
目前我了解到的延遲隊(duì)列在生產(chǎn)環(huán)境下有如上三種實(shí)現(xiàn)方式，每一種都有人在使用。當(dāng)然沒(méi)有最好的只有最適合的，你覺(jué)得 redis 能滿足需求，就按照最簡(jiǎn)單的來(lái)，你要是有充足的開(kāi)發(fā)周期，你也可以實(shí)現(xiàn)時(shí)間輪展現(xiàn)實(shí)力。

需求千萬(wàn)種，變化就一種：給時(shí)間都能做。

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