Java延時隊列的使用與實現

一、延時隊列介紹

延時隊列是一種基於優先順序隊列PriorityQueue和Delay介面實現的隊列。該隊列中的元素必須實現Delay介面，表明當前元素需要在指定時間之後才能被處理。隊列按照Delay時間進行排序，越早需要處理的元素越排在前面。

二、Delay介面與元素實現

Delay介面中定義了getDelay(TimeUnit unit)方法，該方法返回當前元素距離激活時間還有多少時間。元素實現Delay介面時需要實現該方法。

public interface Delayed extends Comparable<Delayed> {
    long getDelay(TimeUnit unit);
}

元素需要實現該介面，並實現getDelay(TimeUnit unit)方法。一般來說，需要獲取當前任務的激活時間與現在時間的差值（單位可以是毫秒、秒等），然後調用convert()方法轉換為指定的TimeUnit時間單位。

public class Message implements Delayed {
    private int id;
    private String content;
    private long activeTime;

    public Message(int id, String content, long delayTime) {
        this.id = id;
        this.content = content;
        this.activeTime = System.currentTimeMillis() + delayTime;
    }

    @Override
    public long getDelay(TimeUnit unit) {
        return unit.convert(activeTime - System.currentTimeMillis(), TimeUnit.MILLISECONDS);
    }

    @Override
    public int compareTo(Delayed o) {
        Message other = (Message) o;
        return Long.compare(activeTime, other.activeTime);
    }

    // getter and setter methods
}

三、延時隊列的實現與使用

Java中提供了DelayQueue類實現延時隊列。DelayQueue是線程安全的隊列，它實現了BlockingQueue介面，提供了以下方法：

• add(E e)：將元素添加到隊列中，並處於激活狀態。
• offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)：添加一個元素，並阻塞指定的時間等待隊列空間。
• take()：移除並返回隊列頭部的元素，若隊列為空則阻塞等待。
• poll(long timeout, TimeUnit unit)：移除並返回隊列頭部的元素，若隊列為空則阻塞等待指定時間後返回null。
• isEmpty()：判斷隊列是否為空。
• size()：返回隊列中的元素個數。

public class DelayQueueDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        DelayQueue<Message> queue = new DelayQueue<>();

        // add messages to the queue
        queue.add(new Message(1, "Hello World!", 5_000)); // delay 5s
        queue.add(new Message(2, "Hi World!", 3_000)); // delay 3s
        queue.add(new Message(3, "Goodbye World!", 7_000)); // delay 7s

        // take and print messages from the queue
        while(!queue.isEmpty()) {
            Message message = queue.take();
            System.out.println(message.getContent());
        }
    }
}

四、延時隊列的應用場景

延時隊列常用於定時任務、定時器等需要在指定時間後進行操作的場景。例如：

• 簡訊/郵件的發送定時處理
• 緩存失效的自動清除
• 高並發下的請求限流與熔斷
• 定時掃描並處理過期的數據

五、總結

Java延時隊列是一種基於優先順序隊列PriorityQueue和Delay介面實現的隊列。其常用於定時任務、定時器等需要在指定時間後進行操作的場景。可以通過實現Delay介面和Comparator介面來自定義元素，放入DelayQueue中實現自己的業務邏輯。