再見(jiàn) Spring Task,這個(gè)定時(shí)任務(wù)框架真香!
最近有朋友問(wèn)到定時(shí)任務(wù)相關(guān)的問(wèn)題。
于是,我簡(jiǎn)單寫(xiě)了一篇文章總結(jié)一下定時(shí)任務(wù)的一些概念以及一些常見(jiàn)的定時(shí)任務(wù)技術(shù)選型。希望能對(duì)小伙伴們有幫助!
個(gè)人能力有限。如果文章有任何需要補(bǔ)充/完善/修改的地方,歡迎在評(píng)論區(qū)指出,共同進(jìn)步!
為什么需要定時(shí)任務(wù)?
我們來(lái)看一下幾個(gè)非常常見(jiàn)的業(yè)務(wù)場(chǎng)景:
某系統(tǒng)凌晨要進(jìn)行數(shù)據(jù)備份。 某電商平臺(tái),用戶(hù)下單半個(gè)小時(shí)未支付的情況下需要自動(dòng)取消訂單。 某媒體聚合平臺(tái),每 10 分鐘動(dòng)態(tài)抓取某某網(wǎng)站的數(shù)據(jù)為自己所用。 某博客平臺(tái),支持定時(shí)發(fā)送文章。 某基金平臺(tái),每晚定時(shí)計(jì)算用戶(hù)當(dāng)日收益情況并推送給用戶(hù)最新的數(shù)據(jù)。 ......
這些場(chǎng)景往往都要求我們?cè)谀硞€(gè)特定的時(shí)間去做某個(gè)事情。
單機(jī)定時(shí)任務(wù)技術(shù)選型
Timer
java.util.Timer是 JDK 1.3 開(kāi)始就已經(jīng)支持的一種定時(shí)任務(wù)的實(shí)現(xiàn)方式。
Timer 內(nèi)部使用一個(gè)叫做 TaskQueue 的類(lèi)存放定時(shí)任務(wù),它是一個(gè)基于最小堆實(shí)現(xiàn)的優(yōu)先級(jí)隊(duì)列。TaskQueue 會(huì)按照任務(wù)距離下一次執(zhí)行時(shí)間的大小將任務(wù)排序,保證在堆頂?shù)娜蝿?wù)最先執(zhí)行。這樣在需要執(zhí)行任務(wù)時(shí),每次只需要取出堆頂?shù)娜蝿?wù)運(yùn)行即可!
Timer 使用起來(lái)比較簡(jiǎn)單,通過(guò)下面的方式我們就能創(chuàng)建一個(gè) 1s 之后執(zhí)行的定時(shí)任務(wù)。
// 示例代碼:
TimerTask task = new TimerTask() {
public void run() {
System.out.println("當(dāng)前時(shí)間: " + new Date() + "n" +
"線(xiàn)程名稱(chēng): " + Thread.currentThread().getName());
}
};
System.out.println("當(dāng)前時(shí)間: " + new Date() + "n" +
"線(xiàn)程名稱(chēng): " + Thread.currentThread().getName());
Timer timer = new Timer("Timer");
long delay = 1000L;
timer.schedule(task, delay);
//輸出:
當(dāng)前時(shí)間: Fri May 28 15:18:47 CST 2021n線(xiàn)程名稱(chēng): main
當(dāng)前時(shí)間: Fri May 28 15:18:48 CST 2021n線(xiàn)程名稱(chēng): Timer
不過(guò)其缺陷較多,比如一個(gè) Timer 一個(gè)線(xiàn)程,這就導(dǎo)致 Timer 的任務(wù)的執(zhí)行只能串行執(zhí)行,一個(gè)任務(wù)執(zhí)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的話(huà)會(huì)影響其他任務(wù)(性能非常差),再比如發(fā)生異常時(shí)任務(wù)直接停止(Timer 只捕獲了 InterruptedException )。
Timer 類(lèi)上的有一段注釋是這樣寫(xiě)的:
* This class does not offer real-time guarantees: it schedules
* tasks using the <tt>Object.wait(long)</tt> method.
*Java 5.0 introduced the {@code java.util.concurrent} package and
* one of the concurrency utilities therein is the {@link
* java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor
* ScheduledThreadPoolExecutor} which is a thread pool for repeatedly
* executing tasks at a given rate or delay. It is effectively a more
* versatile replacement for the {@code Timer}/{@code TimerTask}
* combination, as it allows multiple service threads, accepts various
* time units, and doesn't require subclassing {@code TimerTask} (just
* implement {@code Runnable}). Configuring {@code
* ScheduledThreadPoolExecutor} with one thread makes it equivalent to
* {@code Timer}.
大概的意思就是:ScheduledThreadPoolExecutor 支持多線(xiàn)程執(zhí)行定時(shí)任務(wù)并且功能更強(qiáng)大,是 Timer 的替代品。
ScheduledExecutorService
ScheduledExecutorService 是一個(gè)接口,有多個(gè)實(shí)現(xiàn)類(lèi),比較常用的是 ScheduledThreadPoolExecutor 。

ScheduledThreadPoolExecutor 本身就是一個(gè)線(xiàn)程池,支持任務(wù)并發(fā)執(zhí)行。并且,其內(nèi)部使用 DelayQueue 作為任務(wù)隊(duì)列。
// 示例代碼:
TimerTask repeatedTask = new TimerTask() {
@SneakyThrows
public void run() {
System.out.println("當(dāng)前時(shí)間: " + new Date() + "n" +
"線(xiàn)程名稱(chēng): " + Thread.currentThread().getName());
}
};
System.out.println("當(dāng)前時(shí)間: " + new Date() + "n" +
"線(xiàn)程名稱(chēng): " + Thread.currentThread().getName());
ScheduledExecutorService executor = Executors.newScheduledThreadPool(3);
long delay = 1000L;
long period = 1000L;
executor.scheduleAtFixedRate(repeatedTask, delay, period, TimeUnit.MILLISECONDS);
Thread.sleep(delay + period * 5);
executor.shutdown();
//輸出:
當(dāng)前時(shí)間: Fri May 28 15:40:46 CST 2021n線(xiàn)程名稱(chēng): main
當(dāng)前時(shí)間: Fri May 28 15:40:47 CST 2021n線(xiàn)程名稱(chēng): pool-1-thread-1
當(dāng)前時(shí)間: Fri May 28 15:40:48 CST 2021n線(xiàn)程名稱(chēng): pool-1-thread-1
當(dāng)前時(shí)間: Fri May 28 15:40:49 CST 2021n線(xiàn)程名稱(chēng): pool-1-thread-2
當(dāng)前時(shí)間: Fri May 28 15:40:50 CST 2021n線(xiàn)程名稱(chēng): pool-1-thread-2
當(dāng)前時(shí)間: Fri May 28 15:40:51 CST 2021n線(xiàn)程名稱(chēng): pool-1-thread-2
當(dāng)前時(shí)間: Fri May 28 15:40:52 CST 2021n線(xiàn)程名稱(chēng): pool-1-thread-2
不論是使用 Timer 還是 ScheduledExecutorService 都無(wú)法使用 Cron 表達(dá)式指定任務(wù)執(zhí)行的具體時(shí)間。
Spring Task

我們直接通過(guò) Spring 提供的 @Scheduled 注解即可定義定時(shí)任務(wù),非常方便!
/**
* cron:使用Cron表達(dá)式。 每分鐘的1,2秒運(yùn)行
*/
@Scheduled(cron = "1-2 * * * * ? ")
public void reportCurrentTimeWithCronExpression() {
log.info("Cron Expression: The time is now {}", dateFormat.format(new Date()));
}
我在大學(xué)那會(huì)做的一個(gè) SSM 的企業(yè)級(jí)項(xiàng)目,就是用的 Spring Task 來(lái)做的定時(shí)任務(wù)。
并且,Spring Task 還是支持 Cron 表達(dá)式 的。Cron 表達(dá)式主要用于定時(shí)作業(yè)(定時(shí)任務(wù))系統(tǒng)定義執(zhí)行時(shí)間或執(zhí)行頻率的表達(dá)式,非常厲害,你可以通過(guò) Cron 表達(dá)式進(jìn)行設(shè)置定時(shí)任務(wù)每天或者每個(gè)月什么時(shí)候執(zhí)行等等操作。咱們要學(xué)習(xí)定時(shí)任務(wù)的話(huà),Cron 表達(dá)式是一定是要重點(diǎn)關(guān)注的。推薦一個(gè)在線(xiàn) Cron 表達(dá)式生成器:http://cron.qqe2.com/ 。
但是,Spring 自帶的定時(shí)調(diào)度只支持單機(jī),并且提供的功能比較單一。之前寫(xiě)過(guò)一篇文章:《5 分鐘搞懂如何在 Spring Boot 中 Schedule Tasks》 ,不了解的小伙伴可以參考一下。
Spring Task 底層是基于 JDK 的 ScheduledThreadPoolExecutor 線(xiàn)程池來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié):
優(yōu)點(diǎn):簡(jiǎn)單,輕量,支持 Cron 表達(dá)式 缺點(diǎn) :功能單一
時(shí)間輪
Kafka、Dubbo、ZooKeeper、Netty 、Caffeine 、Akka 中都有對(duì)時(shí)間輪的實(shí)現(xiàn)。
時(shí)間輪簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是一個(gè)環(huán)形的隊(duì)列(底層一般基于數(shù)組實(shí)現(xiàn)),隊(duì)列中的每一個(gè)元素(時(shí)間格)都可以存放一個(gè)定時(shí)任務(wù)列表。
時(shí)間輪中的每個(gè)時(shí)間格代表了時(shí)間輪的基本時(shí)間跨度或者說(shuō)時(shí)間精度,加入時(shí)間一秒走一個(gè)時(shí)間格的話(huà),那么這個(gè)時(shí)間輪的最高精度就是 1 秒(也就是說(shuō) 3 s 和 3.9s 會(huì)在同一個(gè)時(shí)間格中)。
下圖是一個(gè)有 12 個(gè)時(shí)間格的時(shí)間輪,轉(zhuǎn)完一圈需要 12 s。當(dāng)我們需要新建一個(gè) 3s 后執(zhí)行的定時(shí)任務(wù),只需要將定時(shí)任務(wù)放在下標(biāo)為 3 的時(shí)間格中即可。當(dāng)我們需要新建一個(gè) 9s 后執(zhí)行的定時(shí)任務(wù),只需要將定時(shí)任務(wù)放在下標(biāo)為 9 的時(shí)間格中即可。

那當(dāng)我們需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè) 13s 后執(zhí)行的定時(shí)任務(wù)怎么辦呢?這個(gè)時(shí)候可以引入一叫做 圈數(shù)/輪數(shù) 的概念,也就是說(shuō)這個(gè)任務(wù)還是放在下標(biāo)為 3 的時(shí)間格中, 不過(guò)它的圈數(shù)為 2 。
除了增加圈數(shù)這種方法之外,還有一種 多層次時(shí)間輪 (類(lèi)似手表),Kafka 采用的就是這種方案。
針對(duì)下圖的時(shí)間輪,我來(lái)舉一個(gè)例子便于大家理解。

上圖的時(shí)間輪,第 1 層的時(shí)間精度為 1 ,第 2 層的時(shí)間精度為 20 ,第 3 層的時(shí)間精度為 400。假如我們需要添加一個(gè) 350s 后執(zhí)行的任務(wù) A 的話(huà)(當(dāng)前時(shí)間是 0s),這個(gè)任務(wù)會(huì)被放在第 2 層(因?yàn)榈诙拥臅r(shí)間跨度為 20*20=400>350)的第 350/20=17 個(gè)時(shí)間格子。
當(dāng)?shù)谝粚愚D(zhuǎn)了 17 圈之后,時(shí)間過(guò)去了 340s ,第 2 層的指針此時(shí)來(lái)到第 17 個(gè)時(shí)間格子。此時(shí),第 2 層第 17 個(gè)格子的任務(wù)會(huì)被移動(dòng)到第 1 層。
任務(wù) A 當(dāng)前是 10s 之后執(zhí)行,因此它會(huì)被移動(dòng)到第 1 層的第 10 個(gè)時(shí)間格子。
這里在層與層之間的移動(dòng)也叫做時(shí)間輪的升降級(jí)。參考手表來(lái)理解就好!

時(shí)間輪比較適合任務(wù)數(shù)量比較多的定時(shí)任務(wù)場(chǎng)景,它的任務(wù)寫(xiě)入和執(zhí)行的時(shí)間復(fù)雜度都是 0(1)。
分布式定時(shí)任務(wù)技術(shù)選型
上面提到的一些定時(shí)任務(wù)的解決方案都是在單機(jī)下執(zhí)行的,適用于比較簡(jiǎn)單的定時(shí)任務(wù)場(chǎng)景比如每天凌晨備份一次數(shù)據(jù)。
如果我們需要一些高級(jí)特性比如支持任務(wù)在分布式場(chǎng)景下的分片和高可用的話(huà),我們就需要用到分布式任務(wù)調(diào)度框架了。
通常情況下,一個(gè)定時(shí)任務(wù)的執(zhí)行往往涉及到下面這些角色:
任務(wù) :首先肯定是要執(zhí)行的任務(wù),這個(gè)任務(wù)就是具體的業(yè)務(wù)邏輯比如定時(shí)發(fā)送文章。 調(diào)度器 :其次是調(diào)度中心,調(diào)度中心主要負(fù)責(zé)任務(wù)管理,會(huì)分配任務(wù)給執(zhí)行器。 執(zhí)行器 :最后就是執(zhí)行器,執(zhí)行器接收調(diào)度器分派的任務(wù)并執(zhí)行。
Quartz

一個(gè)很火的開(kāi)源任務(wù)調(diào)度框架,完全由Java寫(xiě)成。Quartz 可以說(shuō)是 Java 定時(shí)任務(wù)領(lǐng)域的老大哥或者說(shuō)參考標(biāo)準(zhǔn),其他的任務(wù)調(diào)度框架基本都是基于 Quartz 開(kāi)發(fā)的,比如當(dāng)當(dāng)網(wǎng)的elastic-job就是基于quartz二次開(kāi)發(fā)之后的分布式調(diào)度解決方案。
使用 Quartz 可以很方便地與 Spring 集成,并且支持動(dòng)態(tài)添加任務(wù)和集群。但是,Quartz 使用起來(lái)也比較麻煩,API 繁瑣。
并且,Quzrtz 并沒(méi)有內(nèi)置 UI 管理控制臺(tái),不過(guò)你可以使用 quartzui 這個(gè)開(kāi)源項(xiàng)目來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。
另外,Quartz 雖然也支持分布式任務(wù)。但是,它是在數(shù)據(jù)庫(kù)層面,通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)的鎖機(jī)制做的,有非常多的弊端比如系統(tǒng)侵入性嚴(yán)重、節(jié)點(diǎn)負(fù)載不均衡。有點(diǎn)偽分布式的味道。
優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié):
優(yōu)點(diǎn):可以與 Spring集成,并且支持動(dòng)態(tài)添加任務(wù)和集群。缺點(diǎn) :分布式支持不友好,沒(méi)有內(nèi)置 UI 管理控制臺(tái)、使用麻煩(相比于其他同類(lèi)型框架來(lái)說(shuō))
Elastic-Job

Elastic-Job 是當(dāng)當(dāng)網(wǎng)開(kāi)源的一個(gè)基于Quartz和ZooKeeper的分布式調(diào)度解決方案,由兩個(gè)相互獨(dú)立的子項(xiàng)目 Elastic-Job-Lite 和 Elastic-Job-Cloud 組成,一般我們只要使用 Elastic-Job-Lite 就好。
ElasticJob 支持任務(wù)在分布式場(chǎng)景下的分片和高可用、任務(wù)可視化管理等功能。

ElasticJob-Lite 的架構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖所示:

從上圖可以看出,Elastic-Job 沒(méi)有調(diào)度中心這一概念,而是使用 ZooKeeper 作為注冊(cè)中心,注冊(cè)中心負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)分配任務(wù)到不同的節(jié)點(diǎn)上。
Elastic-Job 中的定時(shí)調(diào)度都是由執(zhí)行器自行觸發(fā),這種設(shè)計(jì)也被稱(chēng)為去中心化設(shè)計(jì)(調(diào)度和處理都是執(zhí)行器單獨(dú)完成)。
@Component
@ElasticJobConf(name = "dayJob", cron = "0/10 * * * * ?", shardingTotalCount = 2,
shardingItemParameters = "0=AAAA,1=BBBB", description = "簡(jiǎn)單任務(wù)", failover = true)
public class TestJob implements SimpleJob {
@Override
public void execute(ShardingContext shardingContext) {
log.info("TestJob任務(wù)名:【{}】, 片數(shù):【{}】, param=【{}】", shardingContext.getJobName(), shardingContext.getShardingTotalCount(),
shardingContext.getShardingParameter());
}
}
相關(guān)地址:
Github 地址:https://github.com/apache/shardingsphere-elasticjob。 官方網(wǎng)站:https://shardingsphere.apache.org/elasticjob/index_zh.html 。
優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié):
優(yōu)點(diǎn) :可以與 Spring集成、支持分布式、支持集群、性能不錯(cuò)缺點(diǎn) :依賴(lài)了額外的中間件比如 Zookeeper(復(fù)雜度增加,可靠性降低、維護(hù)成本變高)
XXL-JOB

XXL-JOB 于 2015 年開(kāi)源,是一款優(yōu)秀的輕量級(jí)分布式任務(wù)調(diào)度框架,支持任務(wù)可視化管理、彈性擴(kuò)容縮容、任務(wù)失敗重試和告警、任務(wù)分片等功能,

根據(jù) XXL-JOB 官網(wǎng)介紹,其解決了很多 Quartz 的不足。

XXL-JOB 的架構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖所示:

從上圖可以看出,XXL-JOB 由 調(diào)度中心 和 執(zhí)行器 兩大部分組成。調(diào)度中心主要負(fù)責(zé)任務(wù)管理、執(zhí)行器管理以及日志管理。執(zhí)行器主要是接收調(diào)度信號(hào)并處理。另外,調(diào)度中心進(jìn)行任務(wù)調(diào)度時(shí),是通過(guò)自研 RPC 來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
不同于 Elastic-Job 的去中心化設(shè)計(jì), XXL-JOB 的這種設(shè)計(jì)也被稱(chēng)為中心化設(shè)計(jì)(調(diào)度中心調(diào)度多個(gè)執(zhí)行器執(zhí)行任務(wù))。
和 Quzrtz 類(lèi)似 XXL-JOB 也是基于數(shù)據(jù)庫(kù)鎖調(diào)度任務(wù),存在性能瓶頸。不過(guò),一般在任務(wù)量不是特別大的情況下,沒(méi)有什么影響的,可以滿(mǎn)足絕大部分公司的要求。
不要被 XXL-JOB 的架構(gòu)圖給嚇著了,實(shí)際上,我們要用 XXL-JOB 的話(huà),只需要重寫(xiě) IJobHandler 自定義任務(wù)執(zhí)行邏輯就可以了,非常易用!
@JobHandler(value="myApiJobHandler")
@Component
public class MyApiJobHandler extends IJobHandler {
@Override
public ReturnT<String> execute(String param) throws Exception {
//......
return ReturnT.SUCCESS;
}
}
還可以直接基于注解定義任務(wù)。
@XxlJob("myAnnotationJobHandler")
public ReturnT<String> myAnnotationJobHandler(String param) throws Exception {
//......
return ReturnT.SUCCESS;
}

相關(guān)地址:
Github 地址:https://github.com/xuxueli/xxl-job/。 官方介紹:https://www.xuxueli.com/xxl-job/ 。
優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié):
優(yōu)點(diǎn):開(kāi)箱即用(學(xué)習(xí)成本比較低)、與 Spring 集成、支持分布式、支持集群、內(nèi)置了 UI 管理控制臺(tái)。 缺點(diǎn):不支持動(dòng)態(tài)添加任務(wù)(如果一定想要?jiǎng)討B(tài)創(chuàng)建任務(wù)也是支持的,參見(jiàn):xxl-job issue277)。
PowerJob

非常值得關(guān)注的一個(gè)分布式任務(wù)調(diào)度框架,分布式任務(wù)調(diào)度領(lǐng)域的新星。目前,已經(jīng)有很多公司接入比如 OPPO、京東、中通、思科。
這個(gè)框架的誕生也挺有意思的,PowerJob 的作者當(dāng)時(shí)在阿里巴巴實(shí)習(xí)過(guò),阿里巴巴那會(huì)使用的是內(nèi)部自研的 SchedulerX(阿里云付費(fèi)產(chǎn)品)。實(shí)習(xí)期滿(mǎn)之后,PowerJob 的作者離開(kāi)了阿里巴巴。想著說(shuō)自研一個(gè) SchedulerX,防止哪天 SchedulerX 滿(mǎn)足不了需求,于是 PowerJob 就誕生了。
更多關(guān)于 PowerJob 的故事,小伙伴們可以去看看 PowerJob 作者的視頻 《我和我的任務(wù)調(diào)度中間件》。簡(jiǎn)單點(diǎn)概括就是:“游戲沒(méi)啥意思了,我要扛起了新一代分布式任務(wù)調(diào)度與計(jì)算框架的大旗!”。
由于 SchedulerX 屬于人民幣產(chǎn)品,我這里就不過(guò)多介紹。PowerJob 官方也對(duì)比過(guò)其和 QuartZ、XXL-JOB 以及 SchedulerX。

總結(jié)
這篇文章中,我主要介紹了:
定時(shí)任務(wù)的相關(guān)概念 :為什么需要定時(shí)任務(wù)、定時(shí)任務(wù)中的核心角色、分布式定時(shí)任務(wù)。 定時(shí)任務(wù)的技術(shù)選型 :XXL-JOB 2015 年推出,已經(jīng)經(jīng)過(guò)了很多年的考驗(yàn)。XXL-JOB 輕量級(jí),并且使用起來(lái)非常簡(jiǎn)單。雖然存在性能瓶頸,但是,在絕大多數(shù)情況下,對(duì)于企業(yè)的基本需求來(lái)說(shuō)是沒(méi)有影響的。PowerJob 屬于分布式任務(wù)調(diào)度領(lǐng)域里的新星,其穩(wěn)定性還有待繼續(xù)考察。ElasticJob 由于在架構(gòu)設(shè)計(jì)上是基于 Zookeeper ,而 XXL-JOB 是基于數(shù)據(jù)庫(kù),性能方面的話(huà),ElasticJob 略勝一籌。
這篇文章并沒(méi)有介紹到實(shí)際使用,但是,并不代表實(shí)際使用不重要。我在寫(xiě)這篇文章之前,已經(jīng)動(dòng)手寫(xiě)過(guò)相應(yīng)的 Demo。像 Quartz,我在大學(xué)那會(huì)就用過(guò)。不過(guò),當(dāng)時(shí)用的是 Spring 。為了能夠更好地體驗(yàn),我自己又在 Spring Boot 上實(shí)際體驗(yàn)了一下。如果你并沒(méi)有實(shí)際使用某個(gè)框架,就直接說(shuō)它并不好用的話(huà),是站不住腳的。
最后,這篇文章要感謝艿艿的幫助,寫(xiě)這篇文章的時(shí)候向艿艿詢(xún)問(wèn)過(guò)一些問(wèn)題。推薦一篇艿艿寫(xiě)的偏實(shí)戰(zhàn)類(lèi)型的硬核文章:《Spring Job?Quartz?XXL-Job?年輕人才做選擇,艿艿全莽~》 。
我是 Guide哥,一個(gè)工作2年有余,接觸編程已經(jīng)6年有余的程序員。大三開(kāi)源 JavaGuide,目前已經(jīng) 100k+ Star。未來(lái)幾年,希望持續(xù)完善 JavaGuide,爭(zhēng)取能夠幫助更多學(xué)習(xí) Java 的小伙伴!共勉!凎!點(diǎn)擊即可了解我的個(gè)人經(jīng)歷。
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