JAVA定时任务技术总结

news2024/12/27 10:54:05

在日常的项目开发中，多多少少都会涉及到一些定时任务的需求。例如每分钟扫描超时支付的订单，每小时清理一次数据库历史数据，每天统计前一天的数据并生成报表，定时去扫描某个表的异常信息（最终一致性的方案也可能涉及），定时启用某个业务开关等等。下面对一些Java中常用的定时任务做一些简单的介绍。

1.Java自带解决方式

Java 中自带的解决方案Timer。

1.Timer 

使用 Timer创建 java.util.TimerTask 任务，在 run 方法中实现业务逻辑。通过 java.util.Timer 进行调度，支持按照固定频率执行。所有的 TimerTask 是在同一个线程中串行执行，相互影响。也就是说，对于同一个 Timer 里的多个 TimerTask 任务，如果一个 TimerTask 任务在执行中，其它 TimerTask 即使到达执行的时间，也只能排队等待。如果有异常产生，线程将退出，整个定时任务就失败。在编码的时候，因为是单线程阻塞式的行为，编写代码的时候，阿里巴巴插件会提示采用ScheduledExecutorService来代替Timer。

注：在分布式锁的redission的实现中用到watchdog就是基于这种方式

import java.util.Timer;
import java.util.TimerTask;
public class TestTimerTask {   
    public static void main(String[] args) {
        TimerTask timerTask = new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("hell world");
            }
        };
        Timer timer = new Timer();
        timer.schedule(timerTask, 10, 3000);
    }  
}

2.ScheduledExecutorService

基于线程池设计的定时任务解决方案，每个调度任务都会分配到线程池中的一个线程去执行，解决 Timer 定时器无法并发执行的问题，支持 fixedRate 和 fixedDelay。 

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class TestTimerTask {
    public static void main(String[] args) {
        ScheduledExecutorService ses = Executors.newScheduledThreadPool(5);
        //按照固定频率执行，每隔5秒跑一次
        ses.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("hello fixedRate");
            }
        }, 0, 5, TimeUnit.SECONDS);
        //按照固定延时执行，上次执行完后隔3秒再跑
        ses.scheduleWithFixedDelay(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("hello fixedDelay");
            }
        }, 0, 3, TimeUnit.SECONDS);
    }
}

 2.Spring 中自带的解决方案

这个应该就是大多数项目会采用的方式了，也是比较主流的方式。Springboot 中提供了一套轻量级的定时任务工具 Spring Task，通过注解可以很方便的配置，支持 cron 表达式、fixedRate、fixedDelay。

import org.springframework.scheduling.annotation.EnableScheduling;
import org.springframework.scheduling.annotation.Scheduled;
import org.springframework.stereotype.Component;
@Component
@EnableScheduling
public class MyTask {
    /**
     * 每分钟的第30秒跑一次
     */
    @Scheduled(cron = "30 * * * * ?")
    public void task1() throws InterruptedException {
        System.out.println("hello cron");
    }
    /**
     * 每隔5秒跑一次
     */
    @Scheduled(fixedRate = 5000)
    public void task2() throws InterruptedException {
        System.out.println("hello fixedRate");
    }
    /**
     * 上次跑完隔3秒再跑
     */
    @Scheduled(fixedDelay = 3000)
    public void task3() throws InterruptedException {
        System.out.println("hello fixedDelay");
    }
}

Spring Task 相对于上面提到的两种解决方案，最大的优势就是支持 cron 表达式，可以处理按照标准时间固定周期执行的业务，比如每天几点几分执行。这个cron表达式也不用刻意的去记住，只需要大概理解，然后找一个cron生成的网站就行。

同样这个Scheduled的方式默认也是单线程的，如果想采用多线程，可以自定义线程池来结合使用，也可以用@Async的方式指定线程池来使用。这里就不多做介绍了

3.业务幂等解决方案

现在的应用基本都是分布式部署，所有机器的代码都是一样的，前面介绍的 Java 和 Spring 自带的解决方案，都是进程级别的，每台机器在同一时间点都会执行定时任务。这样会导致需要业务幂等的定时任务业务有问题，比如每月定时给用户推送消息，就会推送多次。

于是，很多应用很自然的就想到了使用分布式锁的解决方案。即每次定时任务执行之前，先去抢锁，抢到锁的执行任务，抢不到锁的不执行。怎么抢锁，又是五花八门，比如使用 DB、zookeeper、redis。

1.使用 DB 或者 Zookeeper 抢锁

使用 DB 或者 Zookeeper 抢锁的架构差不多，原理如下：

  1. 定时时间到了，在回调方法里，先去抢锁。
  2. 抢到锁，则继续执行方法，没抢到锁直接返回。
  3. 执行完方法后，释放锁

示例代码如下： 

import org.springframework.scheduling.annotation.EnableScheduling;
import org.springframework.scheduling.annotation.Scheduled;
import org.springframework.stereotype.Component;
@Component
@EnableScheduling
public class MyTask {
    /**
     * 每分钟的第30秒跑一次
     */
    @Scheduled(cron = "30 * * * * ?")
    public void task1() throws Exception {
        String lockName = "task1";
        if (tryLock(lockName)) {
            System.out.println("hello cron");
            releaseLock(lockName);
        } else {
            return;
        }
    }
    private boolean tryLock(String lockName) {
        //TODO
        return true;
    }
    private void releaseLock(String lockName) {
        //TODO
    }
}

当前的这个设计，仔细一点的同学可以发现，其实还是有可能导致任务重复执行的。比如任务执行的非常快，A 这台机器抢到锁，执行完任务后很快就释放锁了。B 这台机器后抢锁，还是会抢到锁，再执行一遍任务。因为数据库的io也是需要时间，在极限或者并发高的情况下，就会出现等等情况。所以由此衍生出来Redis

2.使用 redis 抢锁

使用 redis 抢锁，其实架构上和 DB/zookeeper 差不多，不过 redis 抢锁支持过期时间，不用主动去释放锁，并且可以充分利用这个过期时间，解决任务执行过快释放锁导致任务重复执行的问题，架构如下：

示例代码如下： 

@Component
@EnableScheduling
public class MyTask {
    /**
     * 每分钟的第30秒跑一次
     */
    @Scheduled(cron = "30 * * * * ?")
    public void task1() throws InterruptedException {
        String lockName = "task1";
        if (tryLock(lockName, 30)) {
            System.out.println("hello cron");
            releaseLock(lockName);
        } else {
            return;
        }
    }
    private boolean tryLock(String lockName, long expiredTime) {
        //TODO
        return true;
    }
    private void releaseLock(String lockName) {
        //TODO
    }
}

 同样如果基于这个的话，可以直接用开源的redission。提供了包括分布式锁，限流，自动续约时间，自动删除锁避免死锁等。

 4.使用 Quartz

Quartz  是一套轻量级的任务调度框架，只需要定义了 Job（任务），Trigger（触发器）和 Scheduler（调度器），即可实现一个定时调度能力。支持基于数据库的集群模式，可以做到任务幂等执行。（其实关联的东西很多，而且对数据库要新建很多业务要求的表，如果业务不是很复杂用spring的就足够了）

Quartz 支持任务幂等执行，其实理论上还是抢 DB 锁，我们看下 quartz 的表结构：

其中，QRTZ_LOCKS 就是 Quartz 集群实现同步机制的行锁表，其表结构如下 

--QRTZ_LOCKS表结构

CREATE TABLE `QRTZ_LOCKS` (

  `LOCK_NAME` varchar(40) NOT NULL,

  PRIMARY KEY (`LOCK_NAME`)

) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;




--QRTZ_LOCKS记录

+-----------------+ 

| LOCK_NAME       |

+-----------------+ 

| CALENDAR_ACCESS |

| JOB_ACCESS      |

| MISFIRE_ACCESS  |

| STATE_ACCESS    |

| TRIGGER_ACCESS  |

+-----------------+

可以看出 QRTZ_LOCKS 中有 5 条记录，代表 5 把锁，分别用于实现多个 Quartz Node 对 Job、Trigger、Calendar 访问的同步控制。 

5.开源任务调度中间件

上面提到的解决方案，在架构上都有一个问题，那就是每次调度都需要抢锁，特别是使用 DB 和 Zookeeper 抢锁，性能会比较差，一旦任务量增加到一定的量，就会有比较明显的调度延时。还有一个痛点，就是业务想要修改调度配置，或者增加一个任务，得修改代码重新发布应用。

于是开源社区涌现了一堆任务调度中间件，通过任务调度系统进行任务的创建、修改和调度，这其中国内最火的就是 XXL-JOB 和 ElasticJob。

1.ElasticJob

ElasticJob 是一款基于 Quartz 开发，依赖 Zookeeper 作为注册中心、轻量级、无中心化的分布式任务调度框架，目前已经通过 Apache 开源。

ElasticJob 相对于 Quartz 来说，从功能上最大的区别就是支持分片，可以将一个任务分片参数分发给不同的机器执行。架构上最大的区别就是使用 Zookeeper 作为注册中心，不同的任务分配给不同的节点调度，不需要抢锁触发，性能上比 Quartz 上强大很多，架构图如下：

开发上也比较简单，和 springboot 结合比较好，可以在配置文件定义任务如下： 

elasticjob:

  regCenter:

    serverLists: localhost:2181

    namespace: elasticjob-lite-springboot

  jobs:

    simpleJob:

      elasticJobClass: org.apache.shardingsphere.elasticjob.lite.example.job.SpringBootSimpleJob

      cron: 0/5 * * * * ?

      timeZone: GMT+08:00

      shardingTotalCount: 3

      shardingItemParameters: 0=Beijing,1=Shanghai,2=Guangzhou

    scriptJob:

      elasticJobType: SCRIPT

      cron: 0/10 * * * * ?

      shardingTotalCount: 3

      props:

        script.command.line: "echo SCRIPT Job: "

    manualScriptJob:

      elasticJobType: SCRIPT

      jobBootstrapBeanName: manualScriptJobBean

      shardingTotalCount: 9

      props:

        script.command.line: "echo Manual SCRIPT Job: "

实现任务接口如下： 

@Component
public class SpringBootShardingJob implements SimpleJob {
    @Override
    public void execute(ShardingContext context) {
        System.out.println("分片总数="+context.getShardingTotalCount() + ", 分片号="+context.getShardingItem()
            + ", 分片参数="+context.getShardingParameter());
    }
}

 同时，ElasticJob 还提供了一个简单的 UI，可以查看任务的列表，同时支持修改、触发、停止、生效、失效操作。

ElasticJob 暂不支持动态创建任务。 

2.XXL-JOB

XXL-JOB 是一个开箱即用的轻量级分布式任务调度系统，其核心设计目标是开发迅速、学习简单、轻量级、易扩展，在开源社区广泛流行。

XXL-JOB 是 Master-Slave 架构，Master 负责任务的调度，Slave 负责任务的执行，架构图如下：

XXL-JOB 接入也很方便，不同于 ElasticJob 定义任务实现类，是通过@XxlJob 注解定义 JobHandler。（安装和集成springboot可自行百度，需要SQL数据库来存储一些相关的表，通杀也提供了动态的数据UI展示） 

实例代码：

@Component
public class SampleXxlJob {
    private static Logger logger = LoggerFactory.getLogger(SampleXxlJob.class);
    /**
     * 1、简单任务示例（Bean模式）
     */
    @XxlJob("demoJobHandler")
    public ReturnT<String> demoJobHandler(String param) throws Exception {
        XxlJobLogger.log("XXL-JOB, Hello World.");
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            XxlJobLogger.log("beat at:" + i);
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        }
        return ReturnT.SUCCESS;
    }
    /**
     * 2、分片广播任务
     */
    @XxlJob("shardingJobHandler")
    public ReturnT<String> shardingJobHandler(String param) throws Exception {
        // 分片参数
        ShardingUtil.ShardingVO shardingVO = ShardingUtil.getShardingVo();
        XxlJobLogger.log("分片参数：当前分片序号 = {}, 总分片数 = {}", shardingVO.getIndex(), shardingVO.getTotal());

        // 业务逻辑
        for (int i = 0; i < shardingVO.getTotal(); i++) {
            if (i == shardingVO.getIndex()) {
                XxlJobLogger.log("第 {} 片, 命中分片开始处理", i);
            } else {
                XxlJobLogger.log("第 {} 片, 忽略", i);
            }
        }
        return ReturnT.SUCCESS;
    }
}

XXL-JOB 相较于 ElasticJob，最大的特点就是功能比较丰富，可运维能力比较强，不但支持控制台动态创建任务，还有调度日志、运行报表等功能。（强力推荐） 

还有一些企业级别的组件，例如阿里云任务调度 SchedulerX。这个如果有需要就请自行了解了。

感谢！！！ 

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