定时任务实现的关键DelayQueue延迟队列

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之前学习定时任务线程池(ScheduledThreadPoolExecutor)时发现它主要依赖线程池和它的静态内部类DelayedWorkQueue实现。而DelayedWorkQueue就是一种延迟队列,今天学习是并发包提供的延迟队列(DelayQueue)。​

延迟队列说明

延迟队列提供的功能是在指定时间点才能获取队列元素的功能,队列最前面的元素是最优先执行的元素

列举一下使用场景可能能够更加好理解,比如缓存系统的设计,缓存中的对象,指定了过期时间,到了过期时间就需要从缓存中移出;在比如任务调度系统,要准确在任务规定的时间点执行任务。这些场景如果我们不使用延迟队列,就必须不同的遍历所有缓存、任务然后判断是否需要移除缓存、执行任务。

而延迟队列则不需要不停的扫描缓存、任务,它能够实现能够实现在准确的时间点去执行任务

接下来我们梳理一下缓存准时移除的实现,首先我们知道每个缓存的过期时间,就可以计算出每个缓存过期的时间戳,我们首先根据过期时间戳作为比较放到优先级队列(上一篇文章介绍的优先级队列)中,然后从优先级队列获取缓存,肯定是获取到最先需要过期的缓存,判断缓存是否到了过期时间,如果没到则把线程阻塞(过期时间戳与当前时间戳的差值),一定时间后线程自动唤醒,再次验证发现缓存刚好到期,可以移除缓存。

同样定时任务的准时执行也一样,只不过是把缓存过期的时间戳换成定时任务下次执行时间戳作为比较依据。

通过分析发现要实现这个功能需要一个优先级队列,保存的元素要指定移除队列的时间戳

DelayQueue属性介绍

从上一步分析得出延迟队列必须拥有优先级队列的功能,同时保存的元素要有确定移除队列的时间,那么我们来看DelayQueue具体实现,基本属性源码如下图:

可以看到它利用优先级队列q用来保存数据,那么就拥有了优先级队列的全部功能。

接着看它所能存储的元素都必须继承Delayed,查看Delayed源码发现它继承了Comparable接口,并且声明了方法“long getDelay(TimeUnit unit);”,这个方法的说明翻译过来是:以给定的时间单位返回与此对象关联的剩余延迟。它可以直接得出对象剩余延迟,就像缓存的剩余时间,就可以执行获取到对象的线程阻塞时间。

那么继承至Delayed的对象就同时拥有了优先级队列需要的Comparable的实现和对象剩余延迟执行的时间

DelayQueue关键实现

直接看take方法的实现,源码如下图:

只要上一篇文章弄懂了优先级队列,在看延迟队列的代码就很简单了。首先利用的是优先级队列获取元素,然后调用getDelay(Delayed接口声明的)方法判断是否阻塞以及阻塞时间

可以看到第一个线程进来了如果发现节点为null则是不限阻塞时间的阻塞,而后面进来的线程如果发现leader不为null也是直接阻塞,后面的线程可以通过leader线程执行完后唤醒,那么leader线程是什么时候唤醒呢?

leader无限阻塞的原因是队列中没有数据,所以要唤醒肯定就是添加数据的地方,在offer方法保存元素成功后会验证队列最前面的是不是刚刚保存的元素,如果是则会调用available.signal();唤醒线程,代码比较简单就不贴出来了。

延迟队列最佳实践

延迟队列要说最佳实践就要说到前面提交的定时任务了,在之前分析定时任务线程池ScheduledThreadPoolExecutor提到过,所以我们直接来看ScheduledThreadPoolExecutor中的实现,关键源码如下图:

每个任务在放到任务队列前都会设置下次执行时间time,如上图通过time实现了getDelay和compareTo方法,这样一个线程池就可以保存多个定时任务,每个任务在执行完后会重置time然后继续放到线程池的优先级队列中,就是如此的简单的实现了定时任务。

总结

在弄懂了优先级队列后在看延迟队列还是很简单的,无非是在优先级队列的基础上扩展了一丁点的功能,如何实现定时任务也就很简单了。

Java程序员日常学习笔记,如理解有误欢迎各位交流讨论!

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