Java实现FIFO任务调度队列策略

前言

在工作中，很多高并发的场景中，我们会用到队列来实现大量的任务请求。当任务需要某些特殊资源的时候，我们还需要合理的分配资源，让队列中的任务高效且有序完成任务。熟悉分布式的话，应该了解yarn的任务调度算法。本文主要用java实现一个FIFO（先进先出调度器），这也是常见的一种调度方式。

FIFO任务调度器架构

主要实现的逻辑可以归纳为：

1、任务队列主要是单队列，所有任务按照顺序进入队列后，也会按照顺序执行。

2、如果任务无法获得资源，则将任务塞回队列原位置。

示例代码

Maven依赖如下：

     <dependency>
           <groupId>org.projectlombok</groupId>
           <artifactId>lombok</artifactId>
           <optional>true</optional>
       </dependency>
               <dependency>
           <groupId>cn.hutool</groupId>
           <artifactId>hutool-all</artifactId>
           <version>5.5.2</version>
       </dependency>

具体的原理就不细说了，通过代码我们看看FIFO任务调度策略是什么玩的吧。下面的代码也可以作为参考。我们会使用到一个双向阻塞队列LinkedBlockingDeque。后面的代码说明会提到。

package ai.guiji.csdn.dispatch;

import cn.hutool.core.thread.ThreadUtil;
import lombok.Builder;
import lombok.Data;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.scheduling.concurrent.CustomizableThreadFactory;

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.*;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
import java.util.stream.IntStream;

/**
* @Program: csdn @ClassName: FIFODemo @Author: 剑客阿良_ALiang @Date: 2021-12-24 21:21 @Description:
* fifo队列 @Version: V1.0
*/
@Slf4j
public class FIFODemo {
 private static final LinkedBlockingDeque<Task> TASK_QUEUE = new LinkedBlockingDeque<>();
 private static final ConcurrentHashMap<Integer, LinkedBlockingQueue<Resource>> RESOURCE_MAP =
     new ConcurrentHashMap<>();
 private static final ExecutorService TASK_POOL =
     new ThreadPoolExecutor(
         8,
         16,
         0L,
         TimeUnit.MILLISECONDS,
         new LinkedBlockingQueue<>(),
         new CustomizableThreadFactory("TASK-THREAD-"),
         new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
 private static final ScheduledExecutorService ENGINE_POOL =
     Executors.newSingleThreadScheduledExecutor(new CustomizableThreadFactory("ENGINE-"));
 private static final AtomicInteger CODE_BUILDER = new AtomicInteger(0);

@Data
 @Builder
 private static class Resource {
   private Integer rId;
   private Type type;
 }

@Data
 @Builder
 private static class Task implements Runnable {
   private Integer tId;
   private Runnable work;
   private Type type;
   private Resource resource;

@Override
   public void run() {
     log.info("[{}]任务，使用资源编号:[{}]", tId, resource.getRId());
     try {
       work.run();
     } catch (Exception exception) {
       exception.printStackTrace();
     } finally {
       log.info("[{}]任务结束，回归资源", tId);
       returnResource(resource);
     }
   }
 }

private enum Type {
   /** 资源类型 */
   A("A资源", 1),
   B("B资源", 2),
   C("C资源", 3);

private final String desc;
   private final Integer code;

Type(String desc, Integer code) {
     this.desc = desc;
     this.code = code;
   }

public String getDesc() {
     return desc;
   }

public Integer getCode() {
     return code;
   }
 }

public static void initResource() {
   Random random = new Random();
   int aCount = random.nextInt(10) + 1;
   int bCount = random.nextInt(10) + 1;
   int cCount = random.nextInt(10) + 1;
   RESOURCE_MAP.put(Type.A.getCode(), new LinkedBlockingQueue<>());
   RESOURCE_MAP.put(Type.B.getCode(), new LinkedBlockingQueue<>());
   RESOURCE_MAP.put(Type.C.getCode(), new LinkedBlockingQueue<>());
   IntStream.rangeClosed(1, aCount)
       .forEach(
           a ->
               RESOURCE_MAP
                   .get(Type.A.getCode())
                   .add(Resource.builder().rId(a).type(Type.A).build()));
   IntStream.rangeClosed(1, bCount)
       .forEach(
           a ->
               RESOURCE_MAP
                   .get(Type.B.getCode())
                   .add(Resource.builder().rId(a).type(Type.B).build()));
   IntStream.rangeClosed(1, cCount)
       .forEach(
           a ->
               RESOURCE_MAP
                   .get(Type.C.getCode())
                   .add(Resource.builder().rId(a).type(Type.C).build()));
   log.info("初始化资源A数量:{},资源B数量:{},资源C数量:{}", aCount, bCount, cCount);
 }

public static Resource extractResource(Type type) {
   return RESOURCE_MAP.get(type.getCode()).poll();
 }

public static void returnResource(Resource resource) {
   log.info("开始归还资源，rId:{},资源类型:{}", resource.getRId(), resource.getType().getDesc());
   RESOURCE_MAP.get(resource.getType().code).add(resource);
   log.info("归还资源完成，rId:{},资源类型:{}", resource.getRId(), resource.getType().getDesc());
 }

public static void enginDo() {
   ENGINE_POOL.scheduleAtFixedRate(
       () -> {
         Task task = TASK_QUEUE.poll();
         if (task == null) {
           log.info("任务队列为空，无需要执行的任务");
         } else {
           Resource resource = extractResource(task.getType());
           if (resource == null) {
             log.info("[{}]任务无法获取[{}]，返回队列", task.getTId(), task.getType().getDesc());
             TASK_QUEUE.addFirst(task);
           } else {
             task.setResource(resource);
             TASK_POOL.submit(task);
           }
         }
       },
       0,
       1,
       TimeUnit.SECONDS);
 }

public static void addTask(Runnable runnable, Type type) {
   Integer tId = CODE_BUILDER.incrementAndGet();
   Task task = Task.builder().tId(tId).type(type).work(runnable).build();
   log.info("提交任务[{}]到任务队列", tId);
   TASK_QUEUE.add(task);
 }

public static void main(String[] args) {
   initResource();
   enginDo();
   Random random = new Random();
   ThreadUtil.sleep(5000);
   IntStream.range(0, 10)
       .forEach(
           a -> addTask(() -> ThreadUtil.sleep(random.nextInt(10) + 1, TimeUnit.SECONDS), Type.A));
   IntStream.range(0, 10)
       .forEach(
           a -> addTask(() -> ThreadUtil.sleep(random.nextInt(10) + 1, TimeUnit.SECONDS), Type.B));
   IntStream.range(0, 10)
       .forEach(
           a -> addTask(() -> ThreadUtil.sleep(random.nextInt(10) + 1, TimeUnit.SECONDS), Type.C));
 }
}

代码说明：

1、首先我们构造了任务队列，使用的是LinkedBlockingDeque，使用双向队列的原因是如果任务无法获取资源，还需要塞到队首，保证任务的有序性。

2、使用ConcurrentHashMap作为资源映射表，为了保证资源队列使用的均衡性，一旦使用完成的资源会塞到对应资源的队尾处。

3、其中实现了添加任务、提取资源、回归资源几个方法。

4、initResource方法可以初始化资源队列，这里面只是简单的随机了几个资源到A、B、C三种资源，塞入各类别队列。

5、任务私有类有自己的任务标识以及执行完后调用回归资源方法。

6、main方法中会分别提交需要3中资源的10个任务，看看调度情况。

执行结果

我们可以通过结果发现任务有序调度，使用完任务后回归队列。 

来源：https://blog.csdn.net/zhiweihongyan1/article/details/122148888