基于C#的计时管理器

问题

我们使用各种系统时候会遇到以下问题:

  • 12306上购买火车票如果15分钟内未完成支付则订单自动取消。

  • 会议场馆预定座位,如果10分钟内未完成支付则预定自动取消。

  • 在指定时间之后,我需要执行一项任务。

我之前做的很多系统,往往都是定期执行一个特定任务。而上诉问题都涉及到滑动窗口时间的定时任务。

比如:我早上10点20分预定了一张火车票,我需要在15分钟内支付完成,否则订单会被取消。同一时间可能会有成百上千的人预定其他火车票,我需要在每个人的15分钟期限达时候执行检查,如果还未支付则自动取消订单。

方案

我们搞清楚了要解决的问题以后,我们来思考方案。有经验的程序员会立即思考出下面的方案:

  • 使用消息队列的延迟投送功能,每个订单添加成功后发送一个延迟15分钟的延迟消息。订单状态处理器15分钟后收到消息,检查支付状态,如果未支付则取消订单。

  • Redis也有类似的功能,原理大致相同。

但我不想使用消息队列的功能,因为延迟消息投送是一种技术实现,我希望用代码反应这种业务实现,所以用纯代码来处理他。(我并不是为了从新发明车轮,因为这是一种业务需求,会有变化扩展的需要,所以决定自己尝试做一下增加经验)

算法思路:

我们的需求定时时间都在15分钟以内,假定都没有超过1个小时的或者几天的。(如果超过1个小时的,可以扩展这个设计,这篇暂时不展开讨论)

我们可考虑将一个小时分成3600秒,每秒代表一个位置来存储所有到期的订单,当下单的时候根据当前时间 加上 15分钟时间间隔,我们就可以得到15分钟以后的时间,将这个订单添加到对应的位置上。

数据结构选择:

我们选择C#中提供的最新的并发字典作为基础数据结构,Key值是3600秒中的每一秒的数值,内容是一个队列用于存放该时间点的所有订单。

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public ConcurrentDictionary<int, ConcurrentQueue<IJob>> jobs = new ConcurrentDictionary<int, ConcurrentQueue<IJob>>();

数据结构我们思考好了,其实功能就完成了大半了,代码的设计也就基本定下来了。

代码实现(我喜欢使用控制台应用程序做实验)
  1. 建立一个定时管理器

    public class TimerManager{//并发字典存储需要检查的任务(这里可以是订单检查任务,每个任务可以包含一个订单Id)public ConcurrentDictionary<int, ConcurrentQueue<IJob>> jobs = new ConcurrentDictionary<int, ConcurrentQueue<IJob>>();private Timer timer;public TimerManager(){//每间隔1秒钟执行一次。和当前时间同步。timer = new Timer(ProcessJobs, null, 0, 1000);}}
  2. 增加一个任务到字典

    /// <summary>/// 增加一个任务到时间字典中/// </summary>/// <param name="timeKey">根据延迟时间计算出的key值</param>/// <param name="duetime">毫秒单位</param>/// <exception cref="NotImplementedException"></exception>public void AddJob(IJob job, TimeSpan duetime){var key = GetKey(duetime);ConcurrentQueue<IJob> queue = new ConcurrentQueue<IJob>();queue.Enqueue(job);jobs.AddOrUpdate(key, queue, (key, jobs) =>{jobs.Enqueue(job);return jobs;});}
  3. 根据时间计算Key的方法

    /// <summary>/// 根据延迟时间生成当前键值/// </summary>/// <param name="duetime"></param>/// <returns></returns>private int GetKey(TimeSpan duetime){var currentDateTime = DateTime.Now;//到期时间var targetDateTime = currentDateTime.Add(duetime);//不要忘了把分钟换算成秒,然后在和延迟时间相加就得到Keyvar key = targetDateTime.Minute * 60 + targetDateTime.Second;return key;}
  4. 将任务添加到字典

    /// <summary>/// 增加一个任务到时间字典中/// </summary>/// <param name="job">需要执行的任务</param>/// <param name="duetime">多少时间间隔后检查</param>public void AddJob(IJob job, TimeSpan duetime){var key = GetKey(duetime);ConcurrentQueue<IJob> queue = new ConcurrentQueue<IJob>();queue.Enqueue(job);//这是并发字典的方法,这里就是当Key不存在就增加新的值进去,当Key存在就在Key的队列中增加一个新任务jobs.AddOrUpdate(key, queue, (key, jobs) =>{jobs.Enqueue(job);return jobs;});}
  5. 计时器每秒执行时处理任务的方法,循环从队列中取出任务直到所有任务处理完毕。

    private async void ProcessJobs(object state){//根据当前时间计算Key值var key = DateTime.Now.Minute * 60 + DateTime.Now.Second;Console.WriteLine(key);//查找Key值对应的任务队列并处理。bool keyExists = jobs.TryGetValue(key, out var jobQueue);if (keyExists){IJob job;while(jobQueue.TryDequeue(out job)){await job.Run();}}}
  6. 代码中设计IJob 和Job的一个实现,为了易于理解,这个job没有做太多事情。如果需要扩展去检查订单,可以在这里记录订单Id,创建任务的时候将订单ID和任务关联,这样定时器处理这个任务的时候能找到对应订单了。

    public interface IJob{Task Run();}/// <summary>/// 代表一个工作/// </summary>public class Job : IJob{public Guid JobId { get; set; }public Job(){JobId = Guid.NewGuid();}public async Task Run(){Console.WriteLine(" Job Id: " + JobId.ToString() + " is running.");await Task.Delay(2000);Console.WriteLine(" Job Id:" + JobId.ToString() + " have completed.");}}
  7. 主程序Programe中调用定时管理器

    using TimerTest;Console.WriteLine("Hello, World!");TimerManager timerManager = new TimerManager();Job job1 = new Job();// 添加一个任务1分钟后执行
    timerManager.AddJob( job1, TimeSpan.FromMinutes(1));// 在添加另一个任务2分钟后执行
    Job job2 = new Job();
    timerManager.AddJob(job2, TimeSpan.FromMinutes(2));Console.ReadLine();
执行结果

结果中可以看到, 任务1 在1014的键值上被处理,1014的键值对应的时间是 16:54 秒,也就是在我运行这个程序1分钟后。

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任务添加时间执行时间
第一次任务(计时1分钟)15:5416:54
第二次任务(计时2分钟)15:5417:54

任务2 在 1074的键值上被处理,1074对应的时间是 17:54 秒 执行。从上表可以看出程序正常运行得出结果。

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总结

这是一个简单的控制台程序验证了这个定时管理器的实现方法,我们将1个小时分成3600秒,每一秒对应一个Key值,在这个值上我们存储需要被处理的任务。在增加任务时候,我们也用同样的算法确定这个Key值。处理的时候根据当前时间计算除Key值进行处理。

这样的话,在真实场景中,我们有3600个Key值可以存储每一秒钟用户提交的所有订单,时间没走过1秒我就处理对应的任务。

后续可以完善的地方
  • 我们可以将这个类添加到ASP.NET MVC中,使用依赖注入为单实例生命周期,并发字典和并发队列是线程安全的,所以这里可以放心使用。

  • 我们可以扩展Job方法,根据业务逻辑添加更多的信息以便于处理。例如处理订单的ID,或其他什么业务ID。

  • 处理任务的方法可以采用多个消费者并发执行,增加处理速度。

  • 可以将任务实体存储到数据库,以便于应对突发宕机事故可以快速重建任务。

  • 当然我们也可以用Hangfire来轻松实现这个业务。

    var jobId = BackgroundJob.Schedule(() => Console.WriteLine("Delayed!"),TimeSpan.FromDays(7)); //这里改成分钟就好了

最后祝.NET 20周年快乐。

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