Java中定时任务Timer、Spring Task、quartz详解

简介

文章中代码案例已经同步到码云:代码中的schedule-demo中。

定时任务是指调度程序在指定的时间或周期触发执行的任务
使用场景：发送邮件、统计、状态修改、消息推送、活动开启、增量索引

现有的定时任务技术

Java自带的java.util.Timer类，这个类允许你调度一个java.util.TimerTask任务。使用这种方式可以让你的程序按照某一个频度执行，但不能在指定时间运行。使用较少。（不推荐使用，代码案例中已经给出说明）
Spring3.0以后自主开发的定时任务工具spring task，使用简单，支持线程池，可以高效处理许多不同的定时任务，除spring相关的包外不需要额外的包，支持注解和配置文件两种形式。不能处理过于复杂的任务
专业的定时框架quartz，功能强大，可以让你的程序在指定时间执行，也可以按照某一个频度执行，支持数据库、监听器、插件、集群

代码实例

1.Timer

import java.text.ParseException;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.Timer;
import java.util.TimerTask;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
 * @Author: njitzyd
 * @Date: 2021/1/14 22:27
 * @Description: Java自带的Timer类
 * @Version 1.0.0
 */
public class MyTimer {

    public static void main(String[] args) {

//        多线程并行处理定时任务时，Timer运行多个TimeTask时，只要其中之一没有捕获抛出的异常，其它任务便会自动终止运行，使用ScheduledExecutorService则没有这个问题。
//
//        //org.apache.commons.lang3.concurrent.BasicThreadFactory
//        ScheduledExecutorService executorService = new ScheduledThreadPoolExecutor(1,
//                new BasicThreadFactory.Builder().namingPattern("example-schedule-pool-%d").daemon(true).build());
//        executorService.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
//            @Override
//            public void run() {
//                //do something
//            }
//        },initialDelay,period, TimeUnit.HOURS);

        try {
            // 创建定时器
            Timer timer = new Timer();

            // 添加调度任务
            // 安排指定的任务在指定的时间开始进行重复的 固定延迟执行
            timer.schedule(new MyTask(),new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").parse("2021-01-14 22:43:10"),10*1000);
            // 安排指定的任务在指定的延迟后开始进行重复的 固定速率执行
            //timer.scheduleAtFixedRate(new MyTask(),new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").parse("2021-01-14 22:43:10"),10*1000);
        } catch (ParseException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

/**
 * 自定义的任务类
 */
class MyTask extends TimerTask {

    // 定义调度任务
    public void run() {
        System.out.println("log2:"+new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(new Date()));
    }
}

2.Spring Task

配置有两种方式，一种是基于注解，一种是基于配置文件。在springboot中推荐使用注解和配置类的方式，这里我们主要使用注解和配置类，基于配置文件的也会给出demo。

基于注解

在springboot的启动类上通过注解@EnableScheduling开启。然后在类的方法上通过@Scheduled注解使用，代码案例如下：

@Component
public class ScheduleTest {


    @Scheduled(fixedDelayString = "5000")
   public void testFixedDelayString() {
        System.out.println("Execute at " + System.currentTimeMillis());
    }
}

具体的使用可以参考我的另一篇博客:@shcedule注解的使用

基于xml配置

首先是任务类：

/**
 * 任务类
 * @author 朱友德
 */

public class SpringTask {

    private SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");

    public void m1(){
        System.out.println("m1:"+simpleDateFormat.format(new Date()));
    }

    public void m2(){
        System.out.println("m2:"+simpleDateFormat.format(new Date()));
    }

    public void m3(){
        System.out.println("m2:"+simpleDateFormat.format(new Date()));
    }
}

然后是xml配置：

3.quartz

首先我们要了解一下quartz中的一些基本概念：

Scheduler:任务调度器，是实际执行任务调度的控制器。在spring中通过SchedulerFactoryBean封装起来。
Trigger：触发器，用于定义任务调度的时间规则，有SimpleTrigger,CronTrigger,DateIntervalTrigger等，其中CronTrigger用的比较多，本文主要介绍这种方式。CronTrigger在spring中封装在CronTriggerFactoryBean中。
- SimpleTrigger：简单触发器，从某个时间开始，每隔多少时间触发，重复多少次。
- CronTrigger：使用cron表达式定义触发的时间规则，如"0 0 0,2,4 1/1 ? " 表示每天的0，2，4点触发。
- DailyTimeIntervalTrigger：每天中的一个时间段，每N个时间单元触发，时间单元可以是毫秒，秒，分，小时
- CalendarIntervalTrigger：每N个时间单元触发，时间单元可以是毫秒，秒，分，小时，日，月，年。
Calendar:它是一些日历特定时间点的集合。一个trigger可以包含多个Calendar，以便排除或包含某些时间点。
JobDetail:用来描述Job实现类及其它相关的静态信息，如Job名字、关联监听器等信息。在spring中有JobDetailFactoryBean和 MethodInvokingJobDetailFactoryBean两种实现，如果任务调度只需要执行某个类的某个方法，就可以通过MethodInvokingJobDetailFactoryBean来调用。
Job：是一个接口，只有一个方法void execute(JobExecutionContext context),开发者实现该接口定义运行任务，JobExecutionContext类提供了调度上下文的各种信息。Job运行时的信息保存在JobDataMap实例中。实现Job接口的任务，默认是无状态的，若要将Job设置成有状态的(即是否支持并发)，在quartz中是给实现的Job添加@DisallowConcurrentExecution注解

Quartz 任务调度的核心元素是 scheduler, trigger 和 job，其中 trigger 和 job 是任务调度的元数据， scheduler 是实际执行调度的控制器。
在 Quartz 中，trigger 是用于定义调度时间的元素，即按照什么时间规则去执行任务。Quartz 中主要提供了四种类型的 trigger：SimpleTrigger，CronTirgger，DailyTimeIntervalTrigger，和 CalendarIntervalTrigger

在 Quartz 中，job 用于表示被调度的任务。主要有两种类型的 job：无状态的（stateless）和有状态的（stateful）。对于同一个 trigger 来说，有状态的 job 不能被并行执行，只有上一次触发的任务被执行完之后，才能触发下一次执行。Job 主要有两种属性：volatility 和 durability，其中 volatility 表示任务是否被持久化到数据库存储，而 durability 表示在没有 trigger 关联的时候任务是否被保留。两者都是在值为 true 的时候任务被持久化或保留。一个 job 可以被多个 trigger 关联，但是一个 trigger 只能关联一个 job

引入starter依赖

  
        
            org.springframework.boot
            spring-boot-starter-quartz

编写两个任务Task

/**
 * @author 
 * 任务一
 */
public class TestTask1 extends QuartzJobBean{

    @Override
    protected void executeInternal(JobExecutionContext context) throws JobExecutionException {
        SimpleDateFormat sdf=new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        System.out.println("TestQuartz01----" + sdf.format(new Date()));
    }
}


/**
 * 任务二
 * @author 
 */
public class TestTask2 extends QuartzJobBean{
    @Override
    protected void executeInternal(JobExecutionContext context) throws JobExecutionException {
        SimpleDateFormat sdf=new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        System.out.println("TestQuartz02----" + sdf.format(new Date()));
    }
}

编写配置类

/**
 * quartz的配置类
 */
@Configuration
public class QuartzConfig {

    @Bean
    public JobDetail testQuartz1() {
        return JobBuilder.newJob(TestTask1.class).withIdentity("testTask1").storeDurably().build();
    }

    @Bean
    public Trigger testQuartzTrigger1() {
        //5秒执行一次
        SimpleScheduleBuilder scheduleBuilder = SimpleScheduleBuilder.simpleSchedule()
                .withIntervalInSeconds(5)
                .repeatForever();
        return TriggerBuilder.newTrigger().forJob(testQuartz1())
                .withIdentity("testTask1")
                .withSchedule(scheduleBuilder)
                .build();
    }

    @Bean
    public JobDetail testQuartz2() {
        return JobBuilder.newJob(TestTask2.class).withIdentity("testTask2").storeDurably().build();
    }

    @Bean
    public Trigger testQuartzTrigger2() {
        //cron方式，每隔5秒执行一次
        return TriggerBuilder.newTrigger().forJob(testQuartz2())
                .withIdentity("testTask2")
                .withSchedule(CronScheduleBuilder.cronSchedule("*/5 * * * * ?"))
                .build();
    }


}

启动项目观察

可以正常的看到任务正常启动，任务Task被执行：

实现原理

1.Timer

简单来说就是执行时把Task放到队列中，然后有个线程（注意他是单线程的，如果执行多个Task，一个抛出异常就会导致整个都蹦）会去拉取最近的任务（队列中是根据下次执行时间进行排序）去执行，如果时间没到则wait()方法等待。

而ScheduledThreadPoolExecutor的执行步骤是，执行时向队列中添加一条任务，队列内部根据执行时间顺序进行了排序。然后线程池中的线程来获取要执行的任务，如果任务还没到执行时间就在这等，等到任务可以执行，然后获取到ScheduledFutureTask执行，执行后修改下次的执行时间，再添加到队列中去。

ScheduledThreadPoolExecutor的运行机制

Timer的使用以及执行原理

2.spring task

在springboot中，使用`@schedule注解默认是单线程的，多个任务执行起来时间会有问题：B任务会因为A任务执行起来需要20S而被延后20S执行。所以我们有两个方案去解决这个问题

在方法上使用@Async注解
指定线程池

这里主要介绍第二种,只需要配置一个配置类即可：

@Configuration
public class ScheduleConfig implements SchedulingConfigurer {
    @Override
    public void configureTasks(ScheduledTaskRegistrar taskRegistrar) {
        
        taskRegistrar.setScheduler(Executors.newScheduledThreadPool(10));
    }
}

下面介绍原理：

jdk的线程池和任务调用器分别由ExecutorService、ScheduledExecutorService定义，继承关系如下：

ThreadPoolExecutor：ExecutorService的实现类，其构造函数提供了灵活的参数配置，可构造多种类型的线程池

ScheduledThreadPoolExecutor：ScheduledExecutorService的实现类，用于任务调度

spring task对定时任务的两个抽象：

TaskExecutor：与jdk中Executor相同，引入的目的是为定时任务的执行提供线程池的支持，如果设置，默认只有一个线程。
TaskScheduler：提供定时任务支持，需要传入一个Runnable的任务做为参数，并指定需要周期执行的时间或者触发器，这样Runnable任务就可以周期性执行了。

继承关系如下:

任务执行器与调度器的实现类分别为ThreadPoolTaskExecutor、ThreadPoolTaskScheduler

TaskScheduler需要传入一个Runnable的任务做为参数，并指定需要周期执行的时间或者触发器（Trigger）。

spring定义了Trigger接口的实现类CronTrigger，支持使用cron表达式指定定时策略，使用如下：

scheduler.schedule(task, new CronTrigger("30 * * * * ?"));

在springboot项目中，我们一般都是使用@schedule注解来使用spring task，这个注解内部的实现就是使用上面的内容。

spring在初始化bean后，通过postProcessAfterInitialization拦截到所有的用到@Scheduled注解的方法，并解析相应的的注解参数，放入“定时任务列表”等待后续处理；之后再“定时任务列表”中统一执行相应的定时任务（任务为顺序执行，先执行cron，之后再执行fixedRate）

源码解析