?? 本文是DelayQueue系列的下篇，聚焦實戰應用場景和性能優化。通過多個真實案例，帶你掌握DelayQueue在項目中的最佳實踐和性能調優技巧。

?? 系列專欄推薦：

• JAVA集合專欄 【夜話集】
• JVM知識專欄
• 數據庫sql理論與實戰
• 小游戲開發

一、DelayQueue實戰應用

1.1 訂單超時自動取消

1.1.1 業務場景分析

在電商系統中，訂單創建后通常需要在一定時間內完成支付，否則系統會自動取消訂單并釋放庫存。這是一個典型的延時任務場景：

• 訂單創建后，需要設置一個倒計時（通常為15分鐘或30分鐘）
• 如果在倒計時結束前完成支付，需要取消該延時任務
• 如果倒計時結束時訂單仍未支付，則自動取消訂單
• 系統需要支持大量并發訂單的超時管理

傳統實現方式通常采用定時任務掃描數據庫，但這種方式存在以下問題：

• 數據庫壓力大，特別是訂單量大的場景
• 實時性不夠，可能出現幾秒甚至幾分鐘的延遲
• 資源消耗高，需要頻繁掃描數據庫

使用DelayQueue可以很好地解決這些問題，實現內存級的訂單超時管理。

1.1.2 實現方案設計

基于DelayQueue的訂單超時取消方案設計如下：

1. 創建一個實現Delayed接口的訂單超時任務類
2. 維護一個全局的DelayQueue，用于管理所有未支付訂單的超時任務
3. 訂單創建時，向DelayQueue中添加對應的超時任務
4. 訂單支付成功時，從DelayQueue中移除對應的超時任務
5. 啟動專門的線程從DelayQueue中獲取到期的任務，執行訂單取消邏輯

這種設計的優勢在于：

• 內存級處理，性能高
• 精確的超時控制，無需頻繁掃描數據庫
• 支持動態取消超時任務
• 系統重啟后可以通過數據庫中的訂單狀態和創建時間重建延時隊列

1.1.3 完整代碼示例

import java.util.Map;
import java.util.concurrent.*;/*** 基于DelayQueue實現的訂單超時自動取消功能*/
public class OrderTimeoutCancelService {// 訂單超時時間，單位毫秒private final long ORDER_TIMEOUT = 30 * 60 * 1000; // 30分鐘// 延遲隊列，用于處理訂單超時private final DelayQueue<OrderDelayTask> delayQueue = new DelayQueue<>();// 用于存儲訂單與任務的映射關系，便于取消任務private final Map<String, OrderDelayTask> taskMap = new ConcurrentHashMap<>();// 訂單服務，實際業務中通過依賴注入獲取private final OrderService orderService;public OrderTimeoutCancelService(OrderService orderService) {this.orderService = orderService;// 啟動處理線程new Thread(this::processTimeoutOrders).start();}/*** 添加訂單超時任務* @param orderId 訂單ID*/public void addOrderTimeoutTask(String orderId) {// 創建超時任務OrderDelayTask task = new OrderDelayTask(orderId, ORDER_TIMEOUT);// 添加到延遲隊列delayQueue.offer(task);// 保存映射關系taskMap.put(orderId, task);System.out.println("訂單[" + orderId + "]加入超時隊列，將在" + ORDER_TIMEOUT/1000 + "秒后自動取消");}/*** 訂單支付成功，取消超時任務* @param orderId 訂單ID*/public void orderPaid(String orderId) {OrderDelayTask task = taskMap.remove(orderId);if (task != null) {// 從隊列中移除任務（這里利用了equals方法判斷）delayQueue.remove(task);System.out.println("訂單[" + orderId + "]已支付，取消超時任務");}}/*** 處理超時訂單的線程任務*/private void processTimeoutOrders() {System.out.println("訂單超時處理線程已啟動");while (true) {try {// 獲取超時的訂單任務OrderDelayTask task = delayQueue.take();// 從映射中移除taskMap.remove(task.getOrderId());// 執行訂單取消邏輯orderService.cancelOrder(task.getOrderId(), "訂單超時未支付");System.out.println("訂單[" + task.getOrderId() + "]超時未支付，已自動取消");} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();break;} catch (Exception e) {// 處理異常，實際項目中應該有更完善的異常處理System.err.println("處理超時訂單異常：" + e.getMessage());}}}/*** 訂單延遲任務*/static class OrderDelayTask implements Delayed {private final String orderId;private final long expireTime; // 過期時間，單位：毫秒public OrderDelayTask(String orderId, long delayTime) {this.orderId = orderId;this.expireTime = System.currentTimeMillis() + delayTime;}public String getOrderId() {return orderId;}@Overridepublic long getDelay(TimeUnit unit) {return unit.convert(expireTime - System.currentTimeMillis(), TimeUnit.MILLISECONDS);}@Overridepublic int compareTo(Delayed o) {return Long.compare(this.expireTime, ((OrderDelayTask) o).expireTime);}@Overridepublic boolean equals(Object obj) {if (this == obj) return true;if (obj == null || getClass() != obj.getClass()) return false;OrderDelayTask that = (OrderDelayTask) obj;return orderId.equals(that.orderId);}@Overridepublic int hashCode() {return orderId.hashCode();}}/*** 模擬訂單服務接口*/interface OrderService {void cancelOrder(String orderId, String reason);}/*** 測試代碼*/public static void main(String[] args) throws InterruptedException {// 模擬訂單服務實現OrderService orderService = (orderId, reason) -> System.out.println("執行訂單[" + orderId + "]取消操作，原因：" + reason);// 創建訂單超時服務OrderTimeoutCancelService service = new OrderTimeoutCancelService(orderService);// 模擬創建3個訂單service.addOrderTimeoutTask("ORDER_001");service.addOrderTimeoutTask("ORDER_002");service.addOrderTimeoutTask("ORDER_003");// 模擬1秒后支付了訂單2Thread.sleep(1000);service.orderPaid("ORDER_002");// 等待所有訂單處理完成Thread.sleep(35000);}
}

1.1.4 注意事項與優化點

1. 任務去重：

   • 重寫了equals和hashCode方法，確保可以根據訂單ID正確移除任務
   • 使用ConcurrentHashMap存儲訂單ID與任務的映射，便于快速查找和取消任務

2. 異常處理：

   • 處理線程中捕獲所有異常，避免因單個任務異常導致整個處理線程終止
   • 實際項目中應該添加更完善的日志記錄和異常處理機制

3. 系統重啟恢復：

   • 系統重啟后，內存中的DelayQueue會丟失所有任務
   • 解決方案：系統啟動時，從數據庫加載所有未支付且未超時的訂單，重新加入DelayQueue

   // 系統啟動時恢復未處理的訂單超時任務
   public void recoverOrderTasks() {List<Order> pendingOrders = orderService.findPendingPaymentOrders();for (Order order : pendingOrders) {// 計算剩余超時時間long createTime = order.getCreateTime().getTime();long now = System.currentTimeMillis();long remainTimeout = createTime + ORDER_TIMEOUT - now;// 如果訂單還未超時，則加入延遲隊列if (remainTimeout > 0) {OrderDelayTask task = new OrderDelayTask(order.getOrderId(), remainTimeout);delayQueue.offer(task);taskMap.put(order.getOrderId(), task);} else {// 已超時但未處理的訂單，直接執行取消邏輯orderService.cancelOrder(order.getOrderId(), "系統重啟，訂單超時未支付");}}System.out.println("成功恢復" + pendingOrders.size() + "個未支付訂單的超時任務");
   }
   

4. 性能優化：

   • 使用線程池替代單個線程處理超時訂單，提高并發處理能力
   • 批量處理超時訂單，減少數據庫操作次數
   • 考慮使用分布式延遲隊列，解決單機容量和可靠性問題

1.2 限時優惠券管理

1.2.1 優惠券過期處理

電商和營銷系統中，限時優惠券是常見的營銷手段。優惠券通常有固定的有效期，過期后需要自動失效。傳統的優惠券過期處理方式有：

1. 定時任務掃描：定期掃描數據庫，將過期優惠券標記為失效
2. 使用時判斷：用戶使用優惠券時判斷是否過期
3. 緩存過期：將優惠券信息存入Redis等緩存，設置過期時間

這些方式各有優缺點，但都不夠實時或資源消耗較大。使用DelayQueue可以實現內存級的優惠券過期管理，既保證實時性，又減少系統資源消耗。

1.2.2 動態失效時間控制

優惠券的一個特點是失效時間可能是動態的：

• 固定日期失效：如"2023-12-31 23:59:59"
• 相對時間失效：如"領取后7天內有效"
• 活動結束失效：如"雙11活動結束后失效"

DelayQueue可以很好地支持這些動態失效時間控制，只需在創建延時任務時計算正確的延遲時間即可。

1.2.3 并發安全處理

優惠券系統面臨的并發場景主要有：

• 大量用戶同時領取優惠券
• 用戶使用優惠券的同時，優惠券可能正好過期
• 系統需要動態調整優惠券的有效期

這些場景需要保證數據一致性和操作的原子性。DelayQueue本身是線程安全的，但與數據庫操作的配合需要特別注意事務和鎖的使用。

1.2.4 實現代碼與優化

import java.util.*;
import java.util.concurrent.*;/*** 基于DelayQueue實現的限時優惠券管理系統*/
public class CouponExpirationManager {// 延遲隊列，用于處理優惠券過期private final DelayQueue<CouponExpireTask> delayQueue = new DelayQueue<>();// 用于存儲優惠券ID與任務的映射關系private final Map<String, CouponExpireTask> taskMap = new ConcurrentHashMap<>();// 優惠券服務，實際業務中通過依賴注入獲取private final CouponService couponService;// 線程池，用于處理過期優惠券private final ExecutorService executorService;public CouponExpirationManager(CouponService couponService) {this.couponService = couponService;// 創建線程池this.executorService = Executors.newFixedThreadPool(Runtime.getRuntime().availableProcessors(),r -> {Thread thread = new Thread(r, "coupon-expiration-thread");thread.setDaemon(true); // 設置為守護線程return thread;});// 啟動處理線程this.executorService.execute(this::processExpiredCoupons);}/*** 添加優惠券過期任務* @param couponId 優惠券ID* @param expireTime 過期時間點（時間戳）*/public void addCouponExpireTask(String couponId, long expireTime) {// 計算延遲時間long delay = expireTime - System.currentTimeMillis();if (delay <= 0) {// 已過期，直接處理couponService.expireCoupon(couponId);return;}// 創建過期任務CouponExpireTask task = new CouponExpireTask(couponId, delay);// 添加到延遲隊列delayQueue.offer(task);// 保存映射關系taskMap.put(couponId, task);System.out.println("優惠券[" + couponId + "]加入過期隊列，將在" + new Date(expireTime) + "過期");}/*** 更新優惠券過期時間* @param couponId 優惠券ID* @param newExpireTime 新的過期時間點（時間戳）*/public void updateCouponExpireTime(String couponId, long newExpireTime) {// 移除舊任務CouponExpireTask oldTask = taskMap.remove(couponId);if (oldTask != null) {delayQueue.remove(oldTask);}// 添加新任務addCouponExpireTask(couponId, newExpireTime);System.out.println("優惠券[" + couponId + "]過期時間已更新為" + new Date(newExpireTime));}/*** 取消優惠券過期任務（優惠券被使用或手動作廢）* @param couponId 優惠券ID*/public void cancelExpireTask(String couponId) {CouponExpireTask task = taskMap.remove(couponId);if (task != null) {delayQueue.remove(task);System.out.println("優惠券[" + couponId + "]過期任務已取消");}}/*** 處理過期優惠券的線程任務*/private void processExpiredCoupons() {System.out.println("優惠券過期處理線程已啟動");while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {try {// 批量處理過期優惠券，提高效率List<CouponExpireTask> expiredTasks = new ArrayList<>();CouponExpireTask task = delayQueue.take(); // 獲取一個過期任務expiredTasks.add(task);// 嘗試一次性獲取多個過期任務delayQueue.drainTo(expiredTasks, 100);// 批量處理過期優惠券List<String> couponIds = new ArrayList<>(expiredTasks.size());for (CouponExpireTask expiredTask : expiredTasks) {String couponId = expiredTask.getCouponId();taskMap.remove(couponId);couponIds.add(couponId);}// 批量更新數據庫couponService.batchExpireCoupons(couponIds);System.out.println("已處理" + couponIds.size() + "張過期優惠券");} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();break;} catch (Exception e) {System.err.println("處理過期優惠券異常：" + e.getMessage());}}}/*** 關閉管理器*/public void shutdown() {executorService.shutdown();try {if (!executorService.awaitTermination(30, TimeUnit.SECONDS)) {executorService.shutdownNow();}} catch (InterruptedException e) {executorService.shutdownNow();Thread.currentThread().interrupt();}}/*** 優惠券過期任務*/static class CouponExpireTask implements Delayed {private final String couponId;private final long expireTime; // 過期時間點，單位：毫秒public CouponExpireTask(String couponId, long delayTime) {this.couponId = couponId;this.expireTime = System.currentTimeMillis() + delayTime;}public String getCouponId() {return couponId;}@Overridepublic long getDelay(TimeUnit unit) {return unit.convert(expireTime - System.currentTimeMillis(), TimeUnit.MILLISECONDS);}@Overridepublic int compareTo(Delayed o) {return Long.compare(this.expireTime, ((CouponExpireTask) o).expireTime);}@Overridepublic boolean equals(Object obj) {if (this == obj) return true;if (obj == null || getClass() != obj.getClass()) return false;CouponExpireTask that = (CouponExpireTask) obj;return couponId.equals(that.couponId);}@Overridepublic int hashCode() {return couponId.hashCode();}}/*** 優惠券服務接口*/interface CouponService {void expireCoupon(String couponId);void batchExpireCoupons(List<String> couponIds);}/*** 測試代碼*/public static void main(String[] args) throws InterruptedException {// 模擬優惠券服務實現CouponService couponService = new CouponService() {@Overridepublic void expireCoupon(String couponId) {System.out.println("優惠券[" + couponId + "]已過期");}@Overridepublic void batchExpireCoupons(List<String> couponIds) {System.out.println("批量處理過期優惠券：" + couponIds);}};// 創建優惠券過期管理器CouponExpirationManager manager = new CouponExpirationManager(couponService);// 模擬添加優惠券過期任務Calendar calendar = Calendar.getInstance();// 優惠券1：5秒后過期calendar.add(Calendar.SECOND, 5);manager.addCouponExpireTask("COUPON_001", calendar.getTimeInMillis());// 優惠券2：10秒后過期calendar.add(Calendar.SECOND, 5);manager.addCouponExpireTask("COUPON_002", calendar.getTimeInMillis());// 優惠券3：15秒后過期calendar.add(Calendar.SECOND, 5);manager.addCouponExpireTask("COUPON_003", calendar.getTimeInMillis())