來自公眾號(hào)：JavaGuide扰法，作者Guide哥

最近有朋友問到定時(shí)任務(wù)相關(guān)的問題店展。

于是萎羔，我簡(jiǎn)單寫了一篇文章總結(jié)一下定時(shí)任務(wù)的一些概念以及一些常見的定時(shí)任務(wù)技術(shù)選型抵恋。希望能對(duì)小伙伴們有幫助纲菌！

個(gè)人能力有限挠日。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)指出驰后，共同進(jìn)步肆资！

為什么需要定時(shí)任務(wù)？

我們來看一下幾個(gè)非常常見的業(yè)務(wù)場(chǎng)景：

1. 某系統(tǒng)凌晨要進(jìn)行數(shù)據(jù)備份灶芝。
2. 某電商平臺(tái)郑原，用戶下單半個(gè)小時(shí)未支付的情況下需要自動(dòng)取消訂單。
3. 某媒體聚合平臺(tái)夜涕，每 10 分鐘動(dòng)態(tài)抓取某某網(wǎng)站的數(shù)據(jù)為自己所用犯犁。
4. 某博客平臺(tái)，支持定時(shí)發(fā)送文章女器。
5. 某基金平臺(tái)酸役，每晚定時(shí)計(jì)算用戶當(dāng)日收益情況并推送給用戶最新的數(shù)據(jù)。
6. ......

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)事情驾胆。

單機(jī)定時(shí)任務(wù)技術(shù)選型

Timer

java.util.Timer是 JDK 1.3 開始就已經(jīng)支持的一種定時(shí)任務(wù)的實(shí)現(xiàn)方式涣澡。

Timer 內(nèi)部使用一個(gè)叫做 TaskQueue 的類存放定時(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)列丧诺。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)排序入桂，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)驳阎，每次只需要取出堆頂?shù)娜蝿?wù)運(yùn)行即可抗愁！

Timer 使用起來比較簡(jiǎn)單，通過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)呵晚。

// 示例代碼：
TimerTask task = new TimerTask() {
    public void run() {
        System.out.println("當(dāng)前時(shí)間: " + new Date() + "n" +
                "線程名稱: " + Thread.currentThread().getName());
    }
};
System.out.println("當(dāng)前時(shí)間: " + new Date() + "n" +
        "線程名稱: " + 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線程名稱: main
當(dāng)前時(shí)間: Fri May 28 15:18:48 CST 2021n線程名稱: Timer` </pre>

不過其缺陷較多蜘腌，比如一個(gè) Timer 一個(gè)線程，這就導(dǎo)致 Timer 的任務(wù)的執(zhí)行只能串行執(zhí)行饵隙，一個(gè)任務(wù)執(zhí)行時(shí)間過長(zhǎng)的話會(huì)影響其他任務(wù)（性能非常差）撮珠，再比如發(fā)生異常時(shí)任務(wù)直接停止（Timer 只捕獲了 InterruptedException ）。

Timer 類上的有一段注釋是這樣寫的：

* This class does not offer real-time guarantees: it schedules
 * tasks using the Object.wait(long) 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 支持多線程執(zhí)行定時(shí)任務(wù)并且功能更強(qiáng)大金矛，是 Timer 的替代品劫瞳。

ScheduledExecutorService

ScheduledExecutorService 是一個(gè)接口，有多個(gè)實(shí)現(xiàn)類绷柒，比較常用的是 ScheduledThreadPoolExecutor 志于。

image.png

ScheduledThreadPoolExecutor 本身就是一個(gè)線程池，支持任務(wù)并發(fā)執(zhí)行废睦。并且伺绽，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" +
                "線程名稱: " + Thread.currentThread().getName());
    }
};
System.out.println("當(dāng)前時(shí)間: " + new Date() + "n" +
        "線程名稱: " + 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線程名稱: main
當(dāng)前時(shí)間: Fri May 28 15:40:47 CST 2021n線程名稱: pool-1-thread-1
當(dāng)前時(shí)間: Fri May 28 15:40:48 CST 2021n線程名稱: pool-1-thread-1
當(dāng)前時(shí)間: Fri May 28 15:40:49 CST 2021n線程名稱: pool-1-thread-2
當(dāng)前時(shí)間: Fri May 28 15:40:50 CST 2021n線程名稱: pool-1-thread-2
當(dāng)前時(shí)間: Fri May 28 15:40:51 CST 2021n線程名稱: pool-1-thread-2
當(dāng)前時(shí)間: Fri May 28 15:40:52 CST 2021n線程名稱: pool-1-thread-2

不論是使用 Timer 還是 ScheduledExecutorService 都無法使用 Cron 表達(dá)式指定任務(wù)執(zhí)行的具體時(shí)間。

Spring Task

image.png

我們直接通過 Spring 提供的 @Scheduled 注解即可定義定時(shí)任務(wù)奈应，非常方便澜掩！

/**
 * cron：使用Cron表達(dá)式。 每分鐘的1杖挣，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)目肩榕，就是用的 Spring Task 來做的定時(shí)任務(wù)。

并且惩妇，Spring Task 還是支持 Cron 表達(dá)式 的株汉。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，非常厲害歌殃，你可以通過 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)行等等操作乔妈。咱們要學(xué)習(xí)定時(shí)任務(wù)的話，Cron 表達(dá)式是一定是要重點(diǎn)關(guān)注的氓皱。推薦一個(gè)在線 Cron 表達(dá)式生成器：http://cron.qqe2.com/ 路召。

但是，Spring 自帶的定時(shí)調(diào)度只支持單機(jī)波材，并且提供的功能比較單一股淡。之前寫過一篇文章:《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廷区。

Spring Task 底層是基于 JDK 的 ScheduledThreadPoolExecutor 線程池來實(shí)現(xiàn)的揣非。

優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)：

• 優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，輕量躲因，支持 Cron 表達(dá)式
• 缺點(diǎn) ：功能單一

時(shí)間輪

Kafka、Dubbo忌傻、ZooKeeper大脉、Netty 、Caffeine 水孩、Akka 中都有對(duì)時(shí)間輪的實(shí)現(xiàn)镰矿。

時(shí)間輪簡(jiǎn)單來說就是一個(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)列表俘种。

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)間跨度或者說時(shí)間精度秤标，加入時(shí)間一秒走一個(gè)時(shí)間格的話，那么這個(gè)時(shí)間輪的最高精度就是 1 秒（也就是說 3 s 和 3.9s 會(huì)在同一個(gè)時(shí)間格中）宙刘。

下圖是一個(gè)有 12 個(gè)時(shí)間格的時(shí)間輪苍姜，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)悬包，只需要將定時(shí)任務(wù)放在下標(biāo)為 3 的時(shí)間格中即可衙猪。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。

image.png

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)怎么辦呢垫释？這個(gè)時(shí)候可以引入一叫做 圈數(shù)/輪數(shù) 的概念丝格，也就是說這個(gè)任務(wù)還是放在下標(biāo)為 3 的時(shí)間格中， 不過它的圈數(shù)為 2 棵譬。

除了增加圈數(shù)這種方法之外显蝌，還有一種 多層次時(shí)間輪 （類似手表），Kafka 采用的就是這種方案订咸。

針對(duì)下圖的時(shí)間輪曼尊，我來舉一個(gè)例子便于大家理解。

圖片

上圖的時(shí)間輪算谈，第 1 層的時(shí)間精度為 1 涩禀，第 2 層的時(shí)間精度為 20 ，第 3 層的時(shí)間精度為 400然眼。假如我們需要添加一個(gè) 350s 后執(zhí)行的任務(wù) A 的話（當(dāng)前時(shí)間是 0s）艾船，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 圈之后高每，時(shí)間過去了 340s 屿岂，第 2 層的指針此時(shí)來到第 17 個(gè)時(shí)間格子。此時(shí)鲸匿，第 2 層第 17 個(gè)格子的任務(wù)會(huì)被移動(dòng)到第 1 層爷怀。

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)間格子带欢。

這里在層與層之間的移動(dòng)也叫做時(shí)間輪的升降級(jí)运授。參考手表來理解就好！

圖片

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)景乔煞，它的任務(wù)寫入和執(zhí)行的時(shí)間復(fù)雜度都是 0（1）吁朦。

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)渡贾。

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逗宜，我們就需要用到分布式任務(wù)調(diào)度框架了。

通常情況下空骚，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)纺讲，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)度中心囤屹，調(diào)度中心主要負(fù)責(zé)任務(wù)管理熬甚，會(huì)分配任務(wù)給執(zhí)行器。
• 執(zhí)行器 ：最后就是執(zhí)行器肋坚，執(zhí)行器接收調(diào)度器分派的任務(wù)并執(zhí)行则涯。

Quartz

圖片

一個(gè)很火的開源任務(wù)調(diào)度框架复局，完全由Java寫成。Quartz 可以說是 Java 定時(shí)任務(wù)領(lǐng)域的老大哥或者說參考標(biāo)準(zhǔn)粟判，其他的任務(wù)調(diào)度框架基本都是基于 Quartz 開發(fā)的亿昏，比如當(dāng)當(dāng)網(wǎng)的elastic-job就是基于quartz二次開發(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 集成档礁，并且支持動(dòng)態(tài)添加任務(wù)和集群角钩。但是，Quartz 使用起來也比較麻煩呻澜，API 繁瑣递礼。

并且，Quzrtz 并沒有內(nèi)置 UI 管理控制臺(tái)羹幸，不過你可以使用 quartzui 這個(gè)開源項(xiàng)目來解決這個(gè)問題脊髓。

另外，Quartz 雖然也支持分布式任務(wù)栅受。但是将硝，它是在數(shù)據(jù)庫層面，通過數(shù)據(jù)庫的鎖機(jī)制做的屏镊，有非常多的弊端比如系統(tǒng)侵入性嚴(yán)重依疼、節(jié)點(diǎn)負(fù)載不均衡。有點(diǎn)偽分布式的味道而芥。

優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)：

• 優(yōu)點(diǎn)：可以與 Spring 集成律罢，并且支持動(dòng)態(tài)添加任務(wù)和集群。
• 缺點(diǎn) ：分布式支持不友好棍丐，沒有內(nèi)置 UI 管理控制臺(tái)误辑、使用麻煩（相比于其他同類型框架來說）

Elastic-Job

image.png

Elastic-Job 是當(dāng)當(dāng)網(wǎng)開源的一個(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 組成歌逢，一般我們只要使用 Elastic-Job-Lite 就好巾钉。

ElasticJob 支持任務(wù)在分布式場(chǎng)景下的分片和高可用、任務(wù)可視化管理等功能趋翻。

image.png

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

image.png

從上圖可以看出，Elastic-Job 沒有調(diào)度中心這一概念盒蟆，而是使用 ZooKeeper 作為注冊(cè)中心踏烙，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)历等，這種設(shè)計(jì)也被稱為去中心化設(shè)計(jì)（調(diào)度和處理都是執(zhí)行器單獨(dú)完成）讨惩。

@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 寒屯。

優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)：

• 優(yōu)點(diǎn) ：可以與 Spring 集成荐捻、支持分布式黍少、支持集群、性能不錯(cuò)
• 缺點(diǎn) ：依賴了額外的中間件比如 Zookeeper（復(fù)雜度增加处面，可靠性降低厂置、維護(hù)成本變高）

XXL-JOB

image.png

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

image.png

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

image.png

XXL-JOB 的架構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖所示：

image.png

從上圖可以看出海铆，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)管理挣惰、執(zhí)行器管理以及日志管理卧斟。執(zhí)行器主要是接收調(diào)度信號(hào)并處理。另外通熄，調(diào)度中心進(jìn)行任務(wù)調(diào)度時(shí)唆涝，是通過自研 RPC 來實(shí)現(xiàn)的。

不同于 Elastic-Job 的去中心化設(shè)計(jì)唇辨， XXL-JOB 的這種設(shè)計(jì)也被稱為中心化設(shè)計(jì)（調(diào)度中心調(diào)度多個(gè)執(zhí)行器執(zhí)行任務(wù)）廊酣。

和 Quzrtz 類似 XXL-JOB 也是基于數(shù)據(jù)庫鎖調(diào)度任務(wù)，存在性能瓶頸赏枚。不過亡驰，一般在任務(wù)量不是特別大的情況下，沒有什么影響的饿幅，可以滿足絕大部分公司的要求凡辱。

不要被 XXL-JOB 的架構(gòu)圖給嚇著了，實(shí)際上栗恩，我們要用 XXL-JOB 的話透乾，只需要重寫 IJobHandler 自定義任務(wù)執(zhí)行邏輯就可以了，非常易用磕秤！

@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)乳乌。

@XxlJob("myAnnotationJobHandler")
public ReturnT<String> myAnnotationJobHandler(String param) throws Exception {
  //......
  return ReturnT.SUCCESS;
}

image.png

相關(guān)地址：

• Github 地址：https://github.com/xuxueli/xxl-job/。
• 官方介紹：https://www.xuxueli.com/xxl-job/ 市咆。

優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)：

• 優(yōu)點(diǎn)：開箱即用（學(xué)習(xí)成本比較低）汉操、與 Spring 集成、支持分布式蒙兰、支持集群磷瘤、內(nèi)置了 UI 管理控制臺(tái)芒篷。
• 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：xxl-job issue277）采缚。

PowerJob

image.png

非常值得關(guān)注的一個(gè)分布式任務(wù)調(diào)度框架针炉，分布式任務(wù)調(diào)度領(lǐng)域的新星。目前仰担，已經(jīng)有很多公司接入比如 OPPO糊识、京東、中通摔蓝、思科赂苗。

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)過贮尉，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）拌滋。實(shí)習(xí)期滿之后，PowerJob 的作者離開了阿里巴巴猜谚。想著說自研一個(gè) SchedulerX败砂，防止哪天 SchedulerX 滿足不了需求，于是 PowerJob 就誕生了魏铅。

更多關(guān)于 PowerJob 的故事昌犹，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：“游戲沒啥意思了览芳，我要扛起了新一代分布式任務(wù)調(diào)度與計(jì)算框架的大旗斜姥！”。

由于 SchedulerX 屬于人民幣產(chǎn)品沧竟，我這里就不過多介紹铸敏。PowerJob 官方也對(duì)比過其和 QuartZ、XXL-JOB 以及 SchedulerX悟泵。

image.png

總結(jié)

這篇文章中杈笔，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)中的核心角色糕非、分布式定時(shí)任務(wù)蒙具。
• 定時(shí)任務(wù)的技術(shù)選型 ：XXL-JOB 2015 年推出，已經(jīng)經(jīng)過了很多年的考驗(yàn)朽肥。XXL-JOB 輕量級(jí)禁筏，并且使用起來非常簡(jiǎn)單。雖然存在性能瓶頸鞠呈，但是融师，在絕大多數(shù)情況下右钾，對(duì)于企業(yè)的基本需求來說是沒有影響的蚁吝。PowerJob 屬于分布式任務(wù)調(diào)度領(lǐng)域里的新星旱爆，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 窘茁，而 XXL-JOB 是基于數(shù)據(jù)庫怀伦，性能方面的話，ElasticJob 略勝一籌山林。

這篇文章并沒有介紹到實(shí)際使用房待，但是，并不代表實(shí)際使用不重要驼抹。我在寫這篇文章之前桑孩，已經(jīng)動(dòng)手寫過相應(yīng)的 Demo。像 Quartz框冀，我在大學(xué)那會(huì)就用過流椒。不過，當(dāng)時(shí)用的是 Spring 明也。為了能夠更好地體驗(yàn)宣虾，我自己又在 Spring Boot 上實(shí)際體驗(yàn)了一下。如果你并沒有實(shí)際使用某個(gè)框架温数，就直接說它并不好用的話绣硝，是站不住腳的。

最后撑刺，這篇文章要感謝艿艿的幫助鹉胖，寫這篇文章的時(shí)候向艿艿詢問過一些問題。推薦一篇艿艿寫的偏實(shí)戰(zhàn)類型的硬核文章：《Spring Job猜煮？Quartz次员？XXL-Job？年輕人才做選擇王带，艿艿全莽~》 淑蔚。

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