任務(wù)定時調(diào)度在企業(yè)級開發(fā)中的研究

王 秀，孫忠林，姜 莉

(山東科技大學 信息科學與工程學院，山東 青島266590)

在企業(yè)級應(yīng)用開發(fā)中，為了提高系統(tǒng)的效率，需要進行基于給定時間點，給定時間間隔或者給定執(zhí)行次數(shù)的任務(wù)。隨著業(yè)務(wù)流程復(fù)雜性的提升，自動化流程的益處顯現(xiàn)更加明顯，如企業(yè)網(wǎng)站非法用戶解鎖功能，需要實現(xiàn)每30 min對非法IP解鎖的需求，這些任務(wù)無需人機交互，只需在系統(tǒng)后臺運行。任務(wù)調(diào)度能較好滿足企業(yè)應(yīng)用的需求，更好地實現(xiàn)自動化。在Java的應(yīng)用開發(fā)有多種多樣的方法提供定時任務(wù)調(diào)度。

本文從實現(xiàn)原理和程序設(shè)計的角度分析3種任務(wù)調(diào)度的方式，包括使用JDK Timer，使用基于ScheduledExecuter接口的實現(xiàn)和使用Quartz調(diào)度器，滿足復(fù)雜多樣的任務(wù)定時調(diào)度。JDK Timer適用于特定時間點執(zhí)行或以固定周期運行的任務(wù)，ScheduledExecuter可并發(fā)的完成定時任務(wù)，而Quartz可根據(jù)調(diào)度策略執(zhí)行復(fù)雜的調(diào)度需求［1］。

1 使用JDK Timer調(diào)度任務(wù)

1.1 JDK Timer的原理

實現(xiàn)Timer的核心是Tasklist和TaskThread，Timer將接收到的任務(wù)存放在TimerList中，TimerList按照Task的最初執(zhí)行時間進行排序。TimerThread在創(chuàng)建Timer時會啟動成為一個守護線程。這個線程會輪詢所有任務(wù)，找到一個最近要執(zhí)行的任務(wù)，然后休眠，當?shù)竭_最近要執(zhí)行任務(wù)的開始時間點，TimerThread被喚醒并執(zhí)行該任務(wù)，之后TimerThread循環(huán)更新最近一個要執(zhí)行的任務(wù)，繼續(xù)休眠。

1.2 使用JDK Timer實現(xiàn)任務(wù)調(diào)度

創(chuàng)建一個TimerTask的繼承類，實現(xiàn)自身的run方法，然后將其交給Timer去執(zhí)行。

public class MyTask extends TimerTask{

Public void run(){…}}

Timer time=new Timer();

MyTask task=new MyTask();

time.schedule(task，0，2000)//每隔2 s執(zhí)行一次

Timer的優(yōu)點在于簡單易用，但Timer對任務(wù)的調(diào)度基于絕對時間且是單線程執(zhí)行，因此同一時刻只能執(zhí)行一個任務(wù)。由于JDK Timer線程并不捕獲異常，所以當TimerTask拋出未檢查的異常，就會終止timer線程，已被安排尚未執(zhí)行的任務(wù)和新的任務(wù)均無法繼續(xù)執(zhí)行下去。

2 實現(xiàn)類調(diào)度任務(wù)

2.1 ScheduledExecuter接口的原理

鑒于Timer的上述缺點，ScheduledExecuter是基于線程池實現(xiàn)的，每一個被調(diào)度的任務(wù)均會由線程池中一個線程去執(zhí)行，任務(wù)是并發(fā)進行，相互之間不會受到干擾。

ScheduledExecuter的設(shè)計思想是提供一個統(tǒng)一的任務(wù)執(zhí)行接口，通過execute方法可將任務(wù)放到調(diào)度隊列中。ScheduledExecuter在任務(wù)來臨前處于輪詢?nèi)蝿?wù)狀態(tài)，只有當任務(wù)被執(zhí)行時，才會啟動一個線程。

ScheduledExecuter整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 ScheduledExecuter整體結(jié)構(gòu)圖

Exector接口定義了用于接受用戶提交任務(wù)的execute方法。ExectorService繼承Exector接口，用于定義線程的生命周期，包括線程的運行、關(guān)閉和終止狀態(tài)。ScheduledExectorService在ExectorService基礎(chǔ)上提供了按時間安排執(zhí)行任務(wù)的功能并能延時一段時間觸發(fā)。ThreadPoolExecutor提供線程池的核心實現(xiàn)，支持定時和周期性執(zhí)行任務(wù)。文中可根據(jù)不同的需求來使用不同的接口。

由于spring對ThreadPoolExecutor提供了較好的支持，在企業(yè)應(yīng)用中，一般使用spring提供的SchedulingTaskExector子接口來實現(xiàn)任務(wù)調(diào)度。該接口實現(xiàn)了SimpleSyncTaskExecutor、TimerTaskExecutor、Thread－PoolTaskExecutor等類［2－3］。使用時可通過配置注入的方式實現(xiàn)。

2.2 使用ScheduledExecuter實現(xiàn)任務(wù)調(diào)度

以下任務(wù)1 s后開始執(zhí)行，每隔1 s執(zhí)行任務(wù)1，從第2 s開始，每隔1 s執(zhí)行任務(wù)2，從第3 s開始，每隔1 s執(zhí)行任務(wù)3，從第4 s開始，每隔1 s執(zhí)行任務(wù)4。

由執(zhí)行結(jié)果來看，1 s后輸出job1，2 s后同時輸出job1，job2，3 s后同時輸出job1，job2，job3，4 s后同時輸出job1，job2，job3，job4。結(jié)果分析如圖2所示。

圖2 ScheduledExecuter結(jié)果分析圖

Timer可實現(xiàn)簡單的單線程定時任務(wù)，ScheduledExecutor可線程池的方式并發(fā)的執(zhí)行任務(wù)調(diào)度，來彌補timer的不足，然而當遇到更復(fù)雜的任務(wù)，這種任務(wù)需要結(jié)構(gòu)時間工具類，ScheduledExecutor就無法滿足需求。而Quartz將定時程序做了較好的封裝，來方便企業(yè)實現(xiàn)定時任務(wù)的調(diào)度需求。

3 使用Quartz調(diào)度器調(diào)度任務(wù)

3.1 Quartz調(diào)度器的原理

Quartz是個開源的作業(yè)調(diào)度框架，為在Java應(yīng)用程序中進行作業(yè)調(diào)度提供了簡單卻強大的機制［4－5］。其實現(xiàn)了作業(yè)和觸發(fā)器的多對多關(guān)系，還能將多個作業(yè)與不同的觸發(fā)器關(guān)聯(lián)。整合了Quartz的應(yīng)用程序，可重用來自不同事件的任務(wù)，還可為一個事件組合多個任務(wù)［6］。

Quartz任務(wù)調(diào)度的核心元素是Scheduler，Trigger觸發(fā)器和Job作業(yè)［7］，其中trigger和job是任務(wù)調(diào)度的元數(shù)據(jù)，scheduler是實際執(zhí)行調(diào)度的控制器。關(guān)系如圖3所示。

圖3 Quartz核心元素關(guān)系圖

(1)trigger，用于定義調(diào)度時間的元素，即按照時間規(guī)則去執(zhí)行任務(wù)。Quartz中主要提供了4種類型的trigger:SimpleTrigger、CronTirgger、DateIntervalTrigger和thIncludedDayTrigger。

(2)jobDetail，表示被調(diào)度的任務(wù)內(nèi)容。這個接口只有一個方法exector().job和trigger如上圖所示為一對多的關(guān)系。

(3)Scheduler是一個計劃調(diào)度器容器(總部)，容器內(nèi)可容納較多的JobDetail和Trigger，當容器啟動后，里面的每個JobDetail均會根據(jù)trigger按部就班自動去執(zhí)行。調(diào)度線程主要有兩個，常規(guī)調(diào)度的線程和misfired trigger的線程。常規(guī)調(diào)度線程從任務(wù)執(zhí)行線程池獲取一個空閑線程，執(zhí)行與該trigger關(guān)聯(lián)的任務(wù)。Misfire線程是掃描所有的trigger，若有misfired trigger，則根據(jù)misfire的策略分別處理。scheduler是個容器，容器中有一個線程池，用來并行調(diào)度執(zhí)行每個作業(yè)。

當任務(wù)調(diào)度執(zhí)行時，Scheduler初始化啟動，配置QuartzSchedulerThread，然后取出JobStore里要觸發(fā)的Trigger，進入線程等待狀態(tài)，直到其出發(fā)點來臨［8］。之后執(zhí)行trigger對應(yīng)的JobDetail。任務(wù)調(diào)度執(zhí)行完成。Scheduler初始化、start和trigger執(zhí)行的時序圖4所示。

圖4 Quartz時序圖

3.2 使用Quartz實現(xiàn)任務(wù)調(diào)度

在企業(yè)級任務(wù)調(diào)度中，Quartz通常與Spring整合來實現(xiàn)定時任務(wù)的調(diào)度。例如，在某單位會議管理系統(tǒng)中，需定時發(fā)送郵件，該功能為會議創(chuàng)建人創(chuàng)建會議后系統(tǒng)會在會議舉行前半小時郵件告知與會人員參加會議［9－10］。具體實現(xiàn)如下:

4 結(jié)束語

本文介紹了3種常用的對任務(wù)進行調(diào)度的Java實現(xiàn)方法，即JDKTimer，ScheduledExecutor接口的實現(xiàn)類，Quartz調(diào)度器。對于簡單的基于起始時間點與時間間隔的任務(wù)調(diào)度，可使用JDK Timer;若需要同時調(diào)度多個任務(wù)，基于線程池的ScheduledExecuter是更為合適的選擇;當任務(wù)調(diào)度的策略復(fù)雜到難以憑借起始時間點與時間間隔來描述時，Quartz調(diào)度器則體現(xiàn)出其的優(yōu)勢。在實際企業(yè)任務(wù)調(diào)度中，根據(jù)實際情況選擇，以便更好、更快的提高任務(wù)調(diào)度速度與效率。

［1］ 胡利強，周冬初，王偉.Quartz調(diào)度器與Web程序整合的研究和應(yīng)用［J］.計算機與現(xiàn)化，2010(8):98－99.

［2］ 丁振凡，李馨梅.Spring的任務(wù)調(diào)度方法研究［J］.智能計算機與應(yīng)用，2012(8):54－60.

［3］CraigWalls.Spring in action［M］.2版.畢慶紅，譯.北京:人民郵電出版社，2008.

［4］ 劉博仁.利用Quartz框架實現(xiàn)作業(yè)調(diào)度的解決方案［J］.計算機光盤軟件與應(yīng)用，2010(9):160－161.

［5］Bruce Eckel.Thinking in Java［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2007.

［6］ 結(jié)城浩.Java多線程設(shè)計模式［M］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［7］ 王崟，董志勇.基于Quartz的網(wǎng)管系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度的實現(xiàn)［J］.電腦開發(fā)與應(yīng)用，2011(24):23－25.

［8］ 朱哲明.基于Quartz的消息平臺的研究［D］.北京:北京郵電大學，2013.

［9］ 陳雄華，林開熊.Spring3.x企業(yè)應(yīng)用開發(fā)實戰(zhàn)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2012.

［10］Craig Walls，Ryan Breidenbach.Thinking in spring［M］.2版.畢慶紅，譯.北京:人民郵電出版社，2008.