Java中定時任務(wù)的6種實現(xiàn)方式，你知道幾種？
幾乎在所有的項目中，定時任務(wù)的使用都是不可或缺的，如果使用不當(dāng)甚至?xí)斐少Y損。還記得多年前在做金融系統(tǒng)時，出款業(yè)務(wù)是通過定時任務(wù)對外打款，當(dāng)時由于銀行接口處理能力有限，外加定時任務(wù)使用不當(dāng)，導(dǎo)致發(fā)出大量重復(fù)出款請求。還好在后面環(huán)節(jié)將交易卡在了系統(tǒng)內(nèi)部，未發(fā)生資損。
所以，系統(tǒng)的學(xué)習(xí)一下定時任務(wù)，是非常有必要的。這篇文章就帶大家整體梳理學(xué)習(xí)一下Java領(lǐng)域中常見的幾種定時任務(wù)實現(xiàn)。
線程等待實現(xiàn)
先從最原始最簡單的方式來講解。可以先創(chuàng)建一個thread，然后讓它在while循環(huán)里一直運行著，通過sleep方法來達(dá)到定時任務(wù)的效果。
public class Task {
public static void main(String[] args) {
// run in a second
final long timeInterval = 1000;
Runnable runnable = new Runnable() {
@Override
public void run() {
while (true) {
System.out.println("Hello !!");
try {
Thread.sleep(timeInterval);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
};
Thread thread = new Thread(runnable);
thread.start();
}
}
這種方式簡單直接，但是能夠?qū)崿F(xiàn)的功能有限，而且需要自己來實現(xiàn)。
JDK自帶Timer實現(xiàn)
目前來看，JDK自帶的Timer API算是最古老的定時任務(wù)實現(xiàn)方式了。Timer是一種定時器工具，用來在一個后臺線程計劃執(zhí)行指定任務(wù)。它可以安排任務(wù)“執(zhí)行一次”或者定期“執(zhí)行多次”。
在實際的開發(fā)當(dāng)中，經(jīng)常需要一些周期性的操作，比如每5分鐘執(zhí)行某一操作等。對于這樣的操作最方便、高效的實現(xiàn)方式就是使用java.util.Timer工具類。
核心方法
Timer類的核心方法如下：
// 在指定延遲時間后執(zhí)行指定的任務(wù)
schedule(TimerTask task,long delay);
// 在指定時間執(zhí)行指定的任務(wù)。（只執(zhí)行一次）
schedule(TimerTask task, Date time);
// 延遲指定時間（delay）之后，開始以指定的間隔（period）重復(fù)執(zhí)行指定的任務(wù)
schedule(TimerTask task,long delay,long period);
// 在指定的時間開始按照指定的間隔（period）重復(fù)執(zhí)行指定的任務(wù)
schedule(TimerTask task, Date firstTime , long period);
// 在指定的時間開始進(jìn)行重復(fù)的固定速率執(zhí)行任務(wù)
scheduleAtFixedRate(TimerTask task,Date firstTime,long period);
// 在指定的延遲后開始進(jìn)行重復(fù)的固定速率執(zhí)行任務(wù)
scheduleAtFixedRate(TimerTask task,long delay,long period);
// 終止此計時器，丟棄所有當(dāng)前已安排的任務(wù)。
cancal()；
// 從此計時器的任務(wù)隊列中移除所有已取消的任務(wù)。
purge()；
使用示例
下面用幾個示例演示一下核心方法的使用。首先定義一個通用的TimerTask類，用于定義用執(zhí)行的任務(wù)。
public class DoSomethingTimerTask extends TimerTask {
private String taskName;
public DoSomethingTimerTask(String taskName) {
this.taskName = taskName;
}
@Override
public void run() {
System.out.println(new Date() + " : 任務(wù)「" + taskName + "」被執(zhí)行。");
}
}
指定延遲執(zhí)行一次
在指定延遲時間后執(zhí)行一次，這類是比較常見的場景，比如：當(dāng)系統(tǒng)初始化某個組件之后，延遲幾秒中，然后進(jìn)行定時任務(wù)的執(zhí)行。
public class DelayOneDemo {
public static void main(String[] args) {
Timer timer = new Timer();
timer.schedule(new DoSomethingTimerTask("DelayOneDemo"),1000L);
}
}
執(zhí)行上述代碼，延遲一秒之后執(zhí)行定時任務(wù)，并打印結(jié)果。其中第二個參數(shù)單位為毫秒。
固定間隔執(zhí)行
在指定的延遲時間開始執(zhí)行定時任務(wù)，定時任務(wù)按照固定的間隔進(jìn)行執(zhí)行。比如：延遲2秒執(zhí)行，固定執(zhí)行間隔為1秒。
public class PeriodDemo {
public static void main(String[] args) {
Timer timer = new Timer();
timer.schedule(new DoSomethingTimerTask("PeriodDemo"),2000L,1000L);
}
}
執(zhí)行程序，會發(fā)現(xiàn)2秒之后開始每隔1秒執(zhí)行一次。
固定速率執(zhí)行
在指定的延遲時間開始執(zhí)行定時任務(wù)，定時任務(wù)按照固定的速率進(jìn)行執(zhí)行。比如：延遲2秒執(zhí)行，固定速率為1秒。
public class FixedRateDemo {
public static void main(String[] args) {
Timer timer = new Timer();
timer.scheduleAtFixedRate(new DoSomethingTimerTask("FixedRateDemo"),2000L,1000L);
}
}
執(zhí)行程序，會發(fā)現(xiàn)2秒之后開始每隔1秒執(zhí)行一次。
此時，你是否疑惑schedule與scheduleAtFixedRate效果一樣，為什么提供兩個方法，它們有什么區(qū)別？
schedule與scheduleAtFixedRate區(qū)別
在了解schedule與scheduleAtFixedRate方法的區(qū)別之前，先看看它們的相同點：
任務(wù)執(zhí)行未超時，下次執(zhí)行時間 = 上次執(zhí)行開始時間 + period； 任務(wù)執(zhí)行超時，下次執(zhí)行時間 = 上次執(zhí)行結(jié)束時間；
在任務(wù)執(zhí)行未超時時，它們都是上次執(zhí)行時間加上間隔時間，來執(zhí)行下一次任務(wù)。而執(zhí)行超時時，都是立馬執(zhí)行。
它們的不同點在于側(cè)重點不同，schedule方法側(cè)重保持間隔時間的穩(wěn)定，而scheduleAtFixedRate方法更加側(cè)重于保持執(zhí)行頻率的穩(wěn)定。
schedule側(cè)重保持間隔時間的穩(wěn)定
schedule方法會因為前一個任務(wù)的延遲而導(dǎo)致其后面的定時任務(wù)延時。計算公式為scheduledExecutionTime(第n+1次) = realExecutionTime(第n次) + periodTime。
也就是說如果第n次執(zhí)行task時，由于某種原因這次執(zhí)行時間過長，執(zhí)行完后的systemCurrentTime>= scheduledExecutionTime(第n+1次)，則此時不做時隔等待，立即執(zhí)行第n+1次task。
而接下來的第n+2次task的scheduledExecutionTime(第n+2次)就隨著變成了realExecutionTime(第n+1次)+periodTime。這個方法更注重保持間隔時間的穩(wěn)定。
scheduleAtFixedRate保持執(zhí)行頻率的穩(wěn)定
scheduleAtFixedRate在反復(fù)執(zhí)行一個task的計劃時，每一次執(zhí)行這個task的計劃執(zhí)行時間在最初就被定下來了，也就是scheduledExecutionTime(第n次)=firstExecuteTime +n*periodTime。
如果第n次執(zhí)行task時，由于某種原因這次執(zhí)行時間過長，執(zhí)行完后的systemCurrentTime>= scheduledExecutionTime(第n+1次)，則此時不做period間隔等待，立即執(zhí)行第n+1次task。
接下來的第n+2次的task的scheduledExecutionTime(第n+2次)依然還是firstExecuteTime+（n+2)*periodTime這在第一次執(zhí)行task就定下來了。說白了，這個方法更注重保持執(zhí)行頻率的穩(wěn)定。
如果用一句話來描述任務(wù)執(zhí)行超時之后schedule和scheduleAtFixedRate的區(qū)別就是：schedule的策略是錯過了就錯過了，后續(xù)按照新的節(jié)奏來走；scheduleAtFixedRate的策略是如果錯過了，就努力追上原來的節(jié)奏（制定好的節(jié)奏）。
Timer的缺陷
Timer計時器可以定時（指定時間執(zhí)行任務(wù)）、延遲（延遲5秒執(zhí)行任務(wù)）、周期性地執(zhí)行任務(wù)（每隔個1秒執(zhí)行任務(wù)）。但是，Timer存在一些缺陷。首先Timer對調(diào)度的支持是基于絕對時間的，而不是相對時間，所以它對系統(tǒng)時間的改變非常敏感。
其次Timer線程是不會捕獲異常的，如果TimerTask拋出的了未檢查異常則會導(dǎo)致Timer線程終止，同時Timer也不會重新恢復(fù)線程的執(zhí)行，它會錯誤的認(rèn)為整個Timer線程都會取消。同時，已經(jīng)被安排單尚未執(zhí)行的TimerTask也不會再執(zhí)行了，新的任務(wù)也不能被調(diào)度。故如果TimerTask拋出未檢查的異常，Timer將會產(chǎn)生無法預(yù)料的行為。
JDK自帶ScheduledExecutorService
ScheduledExecutorService是JAVA 1.5后新增的定時任務(wù)接口，它是基于線程池設(shè)計的定時任務(wù)類，每個調(diào)度任務(wù)都會分配到線程池中的一個線程去執(zhí)行。也就是說，任務(wù)是并發(fā)執(zhí)行，互不影響。
需要注意：只有當(dāng)執(zhí)行調(diào)度任務(wù)時，ScheduledExecutorService才會真正啟動一個線程，其余時間ScheduledExecutorService都是出于輪詢?nèi)蝿?wù)的狀態(tài)。
ScheduledExecutorService主要有以下4個方法：
ScheduledFuture<?> schedule(Runnable command,long delay, TimeUnit unit);
<V> ScheduledFuture<V> schedule(Callable<V> callable,long delay, TimeUnit unit);
ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command,long initialDelay,long period,TimeUnitunit);
ScheduledFuture<?> scheduleWithFixedDelay(Runnable command,long initialDelay,long delay,TimeUnitunit);
其中scheduleAtFixedRate和scheduleWithFixedDelay在實現(xiàn)定時程序時比較方便，運用的也比較多。
ScheduledExecutorService中定義的這四個接口方法和Timer中對應(yīng)的方法幾乎一樣，只不過Timer的scheduled方法需要在外部傳入一個TimerTask的抽象任務(wù)。而ScheduledExecutorService封裝的更加細(xì)致了，傳Runnable或Callable內(nèi)部都會做一層封裝，封裝一個類似TimerTask的抽象任務(wù)類（ScheduledFutureTask）。然后傳入線程池，啟動線程去執(zhí)行該任務(wù)。
scheduleAtFixedRate方法
scheduleAtFixedRate方法，按指定頻率周期執(zhí)行某個任務(wù)。定義及參數(shù)說明：
public ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command,
long initialDelay,
long period,
TimeUnit unit);
參數(shù)對應(yīng)含義：command為被執(zhí)行的線程；initialDelay為初始化后延時執(zhí)行時間；period為兩次開始執(zhí)行最小間隔時間；unit為計時單位。
使用實例：
public class ScheduleAtFixedRateDemo implements Runnable{
public static void main(String[] args) {
ScheduledExecutorService executor = Executors.newScheduledThreadPool(1);
executor.scheduleAtFixedRate(
new ScheduleAtFixedRateDemo(),
0,
1000,
TimeUnit.MILLISECONDS);
}
@Override
public void run() {
System.out.println(new Date() + " : 任務(wù)「ScheduleAtFixedRateDemo」被執(zhí)行。");
try {
Thread.sleep(2000L);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
上面是scheduleAtFixedRate方法的基本使用方式，但當(dāng)執(zhí)行程序時會發(fā)現(xiàn)它并不是間隔1秒執(zhí)行的，而是間隔2秒執(zhí)行。
這是因為，scheduleAtFixedRate是以period為間隔來執(zhí)行任務(wù)的，如果任務(wù)執(zhí)行時間小于period，則上次任務(wù)執(zhí)行完成后會間隔period后再去執(zhí)行下一次任務(wù)；但如果任務(wù)執(zhí)行時間大于period，則上次任務(wù)執(zhí)行完畢后會不間隔的立即開始下次任務(wù)。
scheduleWithFixedDelay方法
scheduleWithFixedDelay方法，按指定頻率間隔執(zhí)行某個任務(wù)。定義及參數(shù)說明：
public ScheduledFuture<?> scheduleWithFixedDelay(Runnable command,
long initialDelay,
long delay,
TimeUnit unit);
參數(shù)對應(yīng)含義：command為被執(zhí)行的線程；initialDelay為初始化后延時執(zhí)行時間；period為前一次執(zhí)行結(jié)束到下一次執(zhí)行開始的間隔時間（間隔執(zhí)行延遲時間）；unit為計時單位。
使用實例：
public class ScheduleAtFixedRateDemo implements Runnable{
public static void main(String[] args) {
ScheduledExecutorService executor = Executors.newScheduledThreadPool(1);
executor.scheduleWithFixedDelay(
new ScheduleAtFixedRateDemo(),
0,
1000,
TimeUnit.MILLISECONDS);
}
@Override
public void run() {
System.out.println(new Date() + " : 任務(wù)「ScheduleAtFixedRateDemo」被執(zhí)行。");
try {
Thread.sleep(2000L);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
上面是scheduleWithFixedDelay方法的基本使用方式，但當(dāng)執(zhí)行程序時會發(fā)現(xiàn)它并不是間隔1秒執(zhí)行的，而是間隔3秒。
這是因為scheduleWithFixedDelay是不管任務(wù)執(zhí)行多久，都會等上一次任務(wù)執(zhí)行完畢后再延遲delay后去執(zhí)行下次任務(wù)。
Quartz框架實現(xiàn)
除了JDK自帶的API之外，我們還可以使用開源的框架來實現(xiàn)，比如Quartz。
Quartz是Job scheduling（作業(yè)調(diào)度）領(lǐng)域的一個開源項目，Quartz既可以單獨使用也可以跟spring框架整合使用，在實際開發(fā)中一般會使用后者。使用Quartz可以開發(fā)一個或者多個定時任務(wù)，每個定時任務(wù)可以單獨指定執(zhí)行的時間，例如每隔1小時執(zhí)行一次、每個月第一天上午10點執(zhí)行一次、每個月最后一天下午5點執(zhí)行一次等。
Quartz通常有三部分組成：調(diào)度器（Scheduler）、任務(wù)（JobDetail）、觸發(fā)器（Trigger，包括SimpleTrigger和CronTrigger）。下面以具體的實例進(jìn)行說明。
Quartz集成
要使用Quartz，首先需要在項目的pom文件中引入相應(yīng)的依賴：
<dependency>
<groupId>org.quartz-scheduler</groupId>
<artifactId>quartz</artifactId>
<version>2.3.2</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.quartz-scheduler</groupId>
<artifactId>quartz-jobs</artifactId>
<version>2.3.2</version>
</dependency>
定義執(zhí)行任務(wù)的Job，這里要實現(xiàn)Quartz提供的Job接口：
public class PrintJob implements Job {
@Override
public void execute(JobExecutionContext jobExecutionContext) throws JobExecutionException {
System.out.println(new Date() + " : 任務(wù)「PrintJob」被執(zhí)行。");
}
}
創(chuàng)建Scheduler和Trigger，并執(zhí)行定時任務(wù)：
public class MyScheduler {
public static void main(String[] args) throws SchedulerException {
// 1、創(chuàng)建調(diào)度器Scheduler
SchedulerFactory schedulerFactory = new StdSchedulerFactory();
Scheduler scheduler = schedulerFactory.getScheduler();
// 2、創(chuàng)建JobDetail實例，并與PrintJob類綁定(Job執(zhí)行內(nèi)容)
JobDetail jobDetail = JobBuilder.newJob(PrintJob.class)
.withIdentity("job", "group").build();
// 3、構(gòu)建Trigger實例，每隔1s執(zhí)行一次
Trigger trigger = TriggerBuilder.newTrigger().withIdentity("trigger", "triggerGroup")
.startNow()//立即生效
.withSchedule(SimpleScheduleBuilder.simpleSchedule()
.withIntervalInSeconds(1)//每隔1s執(zhí)行一次
.repeatForever()).build();//一直執(zhí)行
//4、Scheduler綁定Job和Trigger，并執(zhí)行
scheduler.scheduleJob(jobDetail, trigger);
System.out.println("--------scheduler start ! ------------");
scheduler.start();
}
}
執(zhí)行程序，可以看到每1秒執(zhí)行一次定時任務(wù)。
在上述代碼中，其中Job為Quartz的接口，業(yè)務(wù)邏輯的實現(xiàn)通過實現(xiàn)該接口來實現(xiàn)。
JobDetail綁定指定的Job，每次Scheduler調(diào)度執(zhí)行一個Job的時候，首先會拿到對應(yīng)的Job，然后創(chuàng)建該Job實例，再去執(zhí)行Job中的execute()的內(nèi)容，任務(wù)執(zhí)行結(jié)束后，關(guān)聯(lián)的Job對象實例會被釋放，且會被JVM GC清除。
Trigger是Quartz的觸發(fā)器，用于通知Scheduler何時去執(zhí)行對應(yīng)Job。SimpleTrigger可以實現(xiàn)在一個指定時間段內(nèi)執(zhí)行一次作業(yè)任務(wù)或一個時間段內(nèi)多次執(zhí)行作業(yè)任務(wù)。
CronTrigger功能非常強大，是基于日歷的作業(yè)調(diào)度，而SimpleTrigger是精準(zhǔn)指定間隔，所以相比SimpleTrigger，CroTrigger更加常用。CroTrigger是基于Cron表達(dá)式的。
常見的Cron表達(dá)式示例如下：
可以看出，基于Quartz的CronTrigger可以實現(xiàn)非常豐富的定時任務(wù)場景。
Spring Task
從Spring 3開始，Spring自帶了一套定時任務(wù)工具Spring-Task，可以把它看成是一個輕量級的Quartz，使用起來十分簡單，除Spring相關(guān)的包外不需要額外的包，支持注解和配置文件兩種形式。通常情況下在Spring體系內(nèi)，針對簡單的定時任務(wù)，可直接使用Spring提供的功能。
基于XML配置文件的形式就不再介紹了，直接看基于注解形式的實現(xiàn)。使用起來非常簡單，直接上代碼：
@Component("taskJob")
public class TaskJob {
@Scheduled(cron = "0 0 3 * * ?")
public void job1() {
System.out.println("通過cron定義的定時任務(wù)");
}
@Scheduled(fixedDelay = 1000L)
public void job2() {
System.out.println("通過fixedDelay定義的定時任務(wù)");
}
@Scheduled(fixedRate = 1000L)
public void job3() {
System.out.println("通過fixedRate定義的定時任務(wù)");
}
}
如果是在Spring Boot項目中，需要在啟動類上添加@EnableScheduling來開啟定時任務(wù)。
上述代碼中，@Component用于實例化類，這個與定時任務(wù)無關(guān)。@Scheduled指定該方法是基于定時任務(wù)進(jìn)行執(zhí)行，具體執(zhí)行的頻次是由cron指定的表達(dá)式所決定。關(guān)于cron表達(dá)式上面CronTrigger所使用的表達(dá)式一致。與cron對照的，Spring還提供了fixedDelay和fixedRate兩種形式的定時任務(wù)執(zhí)行。
fixedDelay和fixedRate的區(qū)別
fixedDelay和fixedRate的區(qū)別于Timer中的區(qū)別很相似。
fixedRate有一個時刻表的概念，在任務(wù)啟動時，T1、T2、T3就已經(jīng)排好了執(zhí)行的時刻，比如1分、2分、3分，當(dāng)T1的執(zhí)行時間大于1分鐘時，就會造成T2晚點，當(dāng)T1執(zhí)行完時T2立即執(zhí)行。
fixedDelay比較簡單，表示上個任務(wù)結(jié)束，到下個任務(wù)開始的時間間隔。無論任務(wù)執(zhí)行花費多少時間，兩個任務(wù)間的間隔始終是一致的。
Spring Task的缺點
Spring Task 本身不支持持久化，也沒有推出官方的分布式集群模式，只能靠開發(fā)者在業(yè)務(wù)應(yīng)用中自己手動擴展實現(xiàn)，無法滿足可視化，易配置的需求。
分布式任務(wù)調(diào)度
以上定時任務(wù)方案都是針對單機的，只能在單個JVM進(jìn)程中使用。而現(xiàn)在基本上都是分布式場景，需要一套在分布式環(huán)境下高性能、高可用、可擴展的分布式任務(wù)調(diào)度框架。
Quartz分布式
首先，Quartz是可以用于分布式場景的，但需要基于數(shù)據(jù)庫鎖的形式。簡單來說，quartz的分布式調(diào)度策略是以數(shù)據(jù)庫為邊界的一種異步策略。各個調(diào)度器都遵守一個基于數(shù)據(jù)庫鎖的操作規(guī)則從而保證了操作的唯一性，同時多個節(jié)點的異步運行保證了服務(wù)的可靠。
因此，Quartz的分布式方案只解決了任務(wù)高可用（減少單點故障）的問題，處理能力瓶頸在數(shù)據(jù)庫，而且沒有執(zhí)行層面的任務(wù)分片，無法最大化效率，只能依靠shedulex調(diào)度層面做分片，但是調(diào)度層做并行分片難以結(jié)合實際的運行資源情況做最優(yōu)的分片。
輕量級神器XXL-Job
XXL-JOB是一個輕量級分布式任務(wù)調(diào)度平臺。特點是平臺化，易部署，開發(fā)迅速、學(xué)習(xí)簡單、輕量級、易擴展。由調(diào)度中心和執(zhí)行器功能完成定時任務(wù)的執(zhí)行。調(diào)度中心負(fù)責(zé)統(tǒng)一調(diào)度，執(zhí)行器負(fù)責(zé)接收調(diào)度并執(zhí)行。
針對于中小型項目，此框架運用的比較多。
其他框架
除此之外，還有Elastic-Job、Saturn、SIA-TASK等。
Elastic-Job具有高可用的特性，是一個分布式調(diào)度解決方案。
Saturn是唯品會開源的一個分布式任務(wù)調(diào)度平臺，在Elastic Job的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改造。
SIA-TASK是宜信開源的分布式任務(wù)調(diào)度平臺。
小結(jié)
通過本文梳理了6種定時任務(wù)的實現(xiàn)，就實踐場景的運用來說，目前大多數(shù)系統(tǒng)已經(jīng)脫離了單機模式。對于并發(fā)量并不是太高的系統(tǒng)，xxl-job或許是一個不錯的選擇。
源碼地址：https://github.com/secbr/java-schedule
-- end --
喜歡就三連呀
關(guān)注 Stephen，一起學(xué)習(xí)，一起成長。