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。

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。

任务	添加时间	执行时间
第一次任务（计时1分钟）	15:54	16:54
第二次任务（计时2分钟）	15:54	17:54

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。

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。