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springboot入门03 – 定时任务

概述

在Java环境下创建定时任务有多种方式：

使用while循环配合 Thread . sleep ( ) ，虽然稍嫌粗陋但也勉强可用
使用 Timer 和 TimerTask
使用 ScheduledExecutorService
定时任务框架，如 Quartz

在SpringBoot下执行定时任务无非也就这几种方式（主要还是后两种）。只不过SpringBoot做了许多底层的工作，我们只需要做些简单的配置就行了。

通过注解实现定时任务

在SpringBoot中仅通过注解就可以实现常用的定时任务。步骤就两步：

在启动类中添加 @ EnableScheduling 注解

@EnableScheduling
@SpringBootApplication
public class MyApplication {
 
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(MyApplication.class, args);
    }
 
}

在目标方法中添加 @ Scheduled 注解，同时在 @ Scheduled 注解中添加触发定时任务的元数据。

    @Scheduled(fixedRate = 1000)
    public void job() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getId() + " ----- job1 ----- " + System.currentTimeMillis());
    }

注意：目标方法需要没有任何参数，并且返回类型为 void 。这里的定时任务元数据是“fixRate=1000”，意思是固定时间间隔每1000毫秒即执行一次该任务。

再来看几个 @ Schedule 注解的参数：

fixedRate：设置定时任务执行的固定间隔，该值为当前任务启动时间与下次任务启动时间之差；
fixedDelay：设置定时任务执行的固定间隔，该值为当前任务结束时间与下次任务启动时间之差；
cron：通过cron表达式来设置定时任务启动时间，在 Cron Generator网站可以直接生成cron表达式。

这样创建的定时任务存在一个问题：如存在多个定时任务，这些任务会同步执行，也就是说所有的定时任务都是在一个线程中执行。

再添几个定时任务来执行下看看：

    @Scheduled(fixedRate = 1000)
    public void job1() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getId() + " ----- job1 ----- " + System.currentTimeMillis());
    }
 
    @Scheduled(fixedRate = 1000)
    public void job2() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getId() + " ----- job2 ----- " + System.currentTimeMillis());
    }
 
    @Scheduled(fixedRate = 1000)
    public void job3() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getId() + " ----- job3 ----- " + System.currentTimeMillis());
    }

代码中一共创建了三个定时任务，每个定时任务的执行间隔都是1000毫秒，在任务体中输出了执行任务的线程ID和执行时间。

看下执行结果：

20 ----- job3 ----- 1573120568263
20 ----- job1 ----- 1573120568263
20 ----- job2 ----- 1573120568263
20 ----- job3 ----- 1573120569264
20 ----- job1 ----- 1573120569264
20 ----- job2 ----- 1573120569264
20 ----- job3 ----- 1573120570263
20 ----- job1 ----- 1573120570263
20 ----- job2 ----- 1573120570263

可以看到这三个定时任务的执行有如下的特点：

所有的定时任务每次都是在同一个线程上执行;
虽然未必是job1第一个开始执行，但是每批任务的执行次序是固定的——这是由 fixRate 参数决定的

这样的定时任务已经能够覆盖绝大部分的使用场景了，但是它的缺点也很明显：前面的任务执行时间过长必然会影响之后的任务的执行。为了解决这个问题，我们需要异步执行定时任务。接下来的部分我们将主要着眼于如何实现异步执行定时任务。

通过注解实现异步定时任务

最常用的方式是使用 @ Async 注解来实现异步执行定时任务。启用 @ Async 注解的步骤如下：

在启动类中添加 @ EnableAsync 注解

代码如下：

@EnableAsync
@EnableScheduling
@SpringBootApplication
public class MyApplication {
 
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(MyApplication.class, args);
    }
    
}

在定时任务方法上添加 @ Async 注解

    @Async
    @Scheduled(fixedRate = 1000)
    public void job1() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getId() + " ----- job1 ----- " + System.currentTimeMillis());
    }

我们为前面的三个定时任务都加上 @ Async 注解在来运行看看：

25 ----- job1 ----- 1573121781415
24 ----- job3 ----- 1573121781415
26 ----- job2 ----- 1573121781415
30 ----- job3 ----- 1573121782298
31 ----- job1 ----- 1573121782299
32 ----- job2 ----- 1573121782299
25 ----- job2 ----- 1573121783304
35 ----- job3 ----- 1573121783306
36 ----- job1 ----- 1573121783306

通过执行输出信息可以看到每个定时任务都在不同的线程上执行，彼此的执行次序和执行时间也互不影响，说明配置为异步执行已经成功。

通过配置实现异步定时任务

现在我们可以稍稍深入了解下springboot定时任务的执行机制。springboot的定时任务主要涉及到两个接口 TaskScheduler 和 TaskExecutor ，在springboot的默认定时任务实现中，这两个接口的实现类是 ThreadPoolTaskScheduler 和 ThreadPoolTaskExecutor 。 ThreadPoolTaskScheduler 负责实现任务的定时执行机制，而 ThreadPoolTaskExecutor 则负责实现任务的异步执行机制。二者中， ThreadPoolTaskScheduler 执行栈更偏底层一些。

尽管在职责上有些区别，但是两者在底层上都是依赖java的线程池机制实现的： ThreadPoolTaskScheduler 依赖的底层线程池是 ScheduledExecutorService ，springboot默认为其提供的 coreSize 是 1 ，所以默认的定时任务都是在一个线程中执行； ThreadPoolTaskExecutor 依赖的底层线程池是 ThreadPoolExecutor ，springboot默认为其提供的 corePoolSize 是 8 。

说到这里应该清楚了：我们可以不添加 @ Async 注解，仅通过调整 ThreadPoolTaskScheduler 依赖的线程池的 coreSize 也能实现多线程异步执行；同样的，即使添加了 @ Async 注解，将 ThreadPoolTaskExecutor 依赖的线程池的 corePoolSize 设置为1，所有的定时任务还是只能在一个线程上同步执行。看下springboot的相关配置项：

spring:
  task:
    scheduling:
      pool:
        size: 1
    execution:
      pool:
        core-size: 2

其中 spring.task.scheduling 是 ThreadPoolTaskScheduler 的线程池配置项， spring.task.execution 是 ThreadPoolExecutor 的线程池配置项。

@ Async 注解的 value 属性用来指明使用的 TaskExecutor 实例名称。默认值是空字符串，使用的是springboot自启动的 TaskExecutor 实例。如有需要，也可以使用自定义的 TaskExecutor 实例，如下：

    /**
     * 配置线程池
     * @return
     */
    @Bean(name = "scheduledPoolTaskExecutor")
    public ThreadPoolTaskExecutor getAsyncThreadPoolTaskExecutor() {
        ThreadPoolTaskExecutor taskExecutor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        taskExecutor.setCorePoolSize(20);
        taskExecutor.setMaxPoolSize(200);
        taskExecutor.setQueueCapacity(25);
        taskExecutor.setKeepAliveSeconds(200);
        taskExecutor.setThreadNamePrefix("my-task-executor-");
        // 线程池对拒绝任务（无线程可用）的处理策略，目前只支持AbortPolicy、CallerRunsPolicy；默认为后者
        taskExecutor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
        //调度器shutdown被调用时等待当前被调度的任务完成
        taskExecutor.setWaitForTasksToCompleteOnShutdown(true);
        //等待时长
        taskExecutor.setAwaitTerminationSeconds(60);
        taskExecutor.initialize();
        return taskExecutor;
    }

此外，还有一种做法是提供自定义的 TaskScheduler Bean实例来实现异步执行：直接通过 @ Bean 注解声明创建也好，在 SchedulingConfigurer 接口中配置也行。在后面我们会提到。

调用SpringBoot接口实现定时任务

有时候会需要将定时任务的定时元数据写在数据库或其他配置中心以便统一维护。这种情况就不是通过注解能够搞定的了，我们需要使用springboot定时任务一些组件来自行编程实现。常用的组件包括 TaskScheduler 、 Triger 接口和 SchedulingConfigurer 接口。

因为我们用到了springboot的定时任务组件，所以仍然需要在启动类上添加 @ EnableScheduling 注解。

Trigger接口

Trigger 接口主要用来设置定时元数据。要通过程序实现定时任务就不能不用到这个接口。这个接口有两个实现类：

PeriodicTrigger 用来配置固定时长的定时元数据
CronTrigger 用来配置cron表达式定时元数据

使用TaskScheduler接口

TaskScheduler 接口前面我们提过，这个接口需要配合 Trigger 接口一起使用来实现定时任务，看个例子：

    @Autowired
    private TaskScheduler taskScheduler;
 
    public void job() {
        int fixRate = 10;
        taskScheduler.schedule(() -> System.out.println("  job4 ----- " + System.currentTimeMillis()),
                new PeriodicTrigger(fixRate, TimeUnit.SECONDS));
    }

在上面的代码里，我们使用 @ Autowired 注解获取了springbootr容器里默认的 TaskScheduler 实例，然后通过 PeriodicTrigger 设置了定时元数据，定时任务的任务体则是一个 Runable 接口的实现（在这里只是输出一行信息）。

因为默认的 TaskScheduler 实例的默认线程池 coreSize 是1，所以如有多个并发任务，这些任务的执行仍然是同步的。要调整为异步可以在配置文件中配置，也可以通过提供一个自定义的 TaskScheduler 实例来设置：

    @Bean("taskScheduler") 
    public TaskScheduler taskExecutor() {
        ThreadPoolTaskScheduler executor = new ThreadPoolTaskScheduler();
        executor.setPoolSize(20);
        executor.setThreadNamePrefix("my-task-scheduler");
        executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
        //调度器shutdown被调用时等待当前被调度的任务完成
        executor.setWaitForTasksToCompleteOnShutdown(true);
        //等待时长
        executor.setAwaitTerminationSeconds(60);
        return executor;
    }

使用SchedulingConfigurer接口

通常需要使用 @ Configuration 注解（当然启动类上的 @ EnableScheduling 注解也不能少）来声明 SchedulingConfigurer 接口的实现类。

SchedulingConfigurer 接口的主要用处是注册基于 Trigger 接口自定义实现的定时任务。这个接口唯一的一个方法就是 configureTasks ，字面意思是配置定时任务。这个方法里面主要用到了 ScheduledTaskRegistrar 定时任务注册类，该类有8个方法，允许我们以不同的方式注册定时任务。简单做了个实现：

    @Override
    public void configureTasks(ScheduledTaskRegistrar taskRegistrar) {
        taskRegistrar
                .addCronTask(
                        () -> System.out.println(Thread.currentThread().getId() + " --- job5 ----- " + System.currentTimeMillis()),
                        "0/1 * * * * ?"
                );
 
        taskRegistrar
                .addFixedDelayTask(
                        () -> System.out.println(Thread.currentThread().getId() + " --- job6 ----- " + System.currentTimeMillis()),
                        1000
                );
 
        taskRegistrar
                .addFixedRateTask(
                        () -> System.out.println(Thread.currentThread().getId() + " --- job7 ----- " + System.currentTimeMillis()),
                        1000
                );
    }

这里我们只使用了三种注册任务的方法。springboot会自动启动注册的定时任务。看下执行结果：

22 --- job7 ----- 1573613616349
22 --- job6 ----- 1573613616350
22 --- job5 ----- 1573613617001
22 --- job7 ----- 1573613617352
22 --- job6 ----- 1573613617353
22 --- job5 ----- 1573613618065
22 --- job7 ----- 1573613618350
22 --- job6 ----- 1573613618355
22 --- job5 ----- 1573613619002

在执行结果中可以看到任务页也是单一线程同步执行的。要设置为异步执行也简单，因为 SchedulingConfigurer 接口的另一个作用就是为定时任务提供自定义的 TaskScheduler 实例。来看下：

    @Override
    public void configureTasks(ScheduledTaskRegistrar taskRegistrar) {
        ThreadPoolTaskScheduler scheduler = new ThreadPoolTaskScheduler();
        scheduler.setThreadNamePrefix("my-task-scheduler");
        scheduler.setPoolSize(10);
        scheduler.initialize();
        taskRegistrar.setTaskScheduler(scheduler);
    }

在这里，我将之前注册的定时任务去掉了，目的是想验证下这里的配置是否对注解实现的定时任务有效。经检验是可行的。当然对在 configureTasks 方法中配置的定时任务肯定也是有效的。我就不一一贴结果了。

另外，需要注意：如 SchedulingConfigurer 接口实例已经注入，将无法获取到springboot默认提供的 TaskScheduler 接口实例。

通过Quartz实现定时任务

Quartz是一个非常强大的定时任务管理框架。短短的一篇文章未必能介绍清楚Quartz的全部用法。所以这里只是简单地演示下如何在springboot中是如何使用Quartz的。更多的用法建议优先参考 Quartz官方文档。

在spring-boot-web 2.0及之后的版本，已经自动集成了quartz，如果不使用spring-boot-web或使用较早的版本的话我们还需要加一些依赖：

    <!-- quartz -->
    <dependency>
        <groupId>org.quartz-scheduler</groupId>
        <artifactId>quartz</artifactId>
    </dependency>
    <!-- spring集成quartz -->
    <dependency>
        <groupId>org.springframework</groupId>
        <artifactId>spring-context-support</artifactId>
    </dependency>
    <!-- SchedulerFactoryBean依赖了tx包中的PlatformTransactionManager类,因为quartz的分布式功能是基于数据库完成的 -->
    <dependency>
        <groupId>org.springframework</groupId>
        <artifactId>spring-tx</artifactId>
    </dependency>

添加完成这些依赖后，springboot服务在启动时也会自启动内部的quartz。事实上springboot已经为我们准备好了几乎全部的quartz的配置。我们要做的只是把自定义的任务填进去。

首先我们需要创建一个Job实例，来实现Job的具体行为。

@Component
public class MyQuartzJob extends QuartzJobBean {
 
    @Override
    protected void executeInternal(JobExecutionContext context) {
        JobDataMap map = context.getMergedJobDataMap();
        // 从作业上下文中取出Key
        String key = map.getString("key");
        System.out.println(Thread.currentThread().getId() + " -- job8 ---------------------->>>>" + key);
    }
 
}

QuartzJobBean 是Spring提供的Quartz Job抽象类。在实现这个类的时候我们可以获取注入到spring中的其他Bean。

配置Job

@Configuration
public class QuartzConfig implements InitializingBean {
 
    @Autowired
    private SchedulerFactoryBean schedulerFactoryBean;
 
 
    @Override
    public void afterPropertiesSet() throws Exception {
        config();
    }
 
 
    private void config() throws SchedulerException {
        Scheduler scheduler = schedulerFactoryBean.getScheduler();
 
        JobDetail jobDetail = buildJobDetail();
        Trigger trigger = buildJobTrigger(jobDetail);
        scheduler.scheduleJob(jobDetail, trigger);
    }
 
 
    private JobDetail buildJobDetail() {
        // 用来存储交互信息
        JobDataMap dataMap = new JobDataMap();
        dataMap.put("key", "zhyea.com");
 
        return JobBuilder.newJob(MyQuartzJob.class)
                .withIdentity(UUID.randomUUID().toString(), "chobit-job")
                .usingJobData(dataMap)
                .build();
    }
 
 
    private Trigger buildJobTrigger(JobDetail jobDetail) {
        return TriggerBuilder.newTrigger()
                .forJob(jobDetail)
                .withIdentity(jobDetail.getKey().getName(), "chobit-trigger")
                .withSchedule(CronScheduleBuilder.cronSchedule("0/1 * * * * ?"))
                .build();
    }
}

在创建 QuartzConfig 类的时候实现了 InitializingBean 接口，目的是在 QuartzConfig 实例及依赖类都完成注入后可以立即执行配置组装操作。

这里面有几个关键接口需要说明下：

SchedulerFactoryBean ，Quartz Scheduler 工厂类，springboot自动化配置实现；
Scheduer ，负责Quartz Job调度，可从工厂类实例获取；
JobDetail ，执行Quartz Job封装；
Trigger ，完成Quartz Job启动。

还可以在配置文件中添加Quartz的配置：

spring:
  quartz:
    startupDelay: 180000 #这里是毫秒值

这里配置了让Quartz默认延迟启动3分钟。

看下执行结果：

30 -- job8 ---------------------->>>>zhyea.com
31 -- job8 ---------------------->>>>zhyea.com
32 -- job8 ---------------------->>>>zhyea.com
33 -- job8 ---------------------->>>>zhyea.com
34 -- job8 ---------------------->>>>zhyea.com
...

就这样。前面用到的程序都上传到了 GITHUB ，有需要可以参考下。