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最近有朋友問到定時(shí)任務(wù)相關(guān)的問題。

于是，我簡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。希望能對(duì)小伙伴們有幫助！

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)算用戶當(dāng)日收益情況并推送給用戶最新的數(shù)據(jù)。
......

這些場景往往都要求我們?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 使用起來比較簡單，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)。

//?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

不過其缺陷較多，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，一個(gè)任務(wù)執(zhí)行時(shí)間過長的話會(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?<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，比較常用的是 ScheduledThreadPoolExecutor 。

ScheduledThreadPoolExecutor 本身就是一個(gè)線程池，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

我們直接通過 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 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，Cron 表達(dá)式是一定是要重點(diǎn)關(guān)注的。推薦一個(gè)在線 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。

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

優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)：

優(yōu)點(diǎn)：簡單，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。

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，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）。

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 。

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（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)間過去了 340s ，第 2 層的指針此時(shí)來到第 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)場景，它的任務(wù)寫入和執(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，適用于比較簡單的定時(shí)任務(wù)場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)在分布式場景下的分片和高可用的話，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)很火的開源任務(wù)調(diào)度框架，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)，其他的任務(wù)調(diào)度框架基本都是基于 Quartz 開發(fā)的，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，并且支持動(dòng)態(tài)添加任務(wù)和集群。但是，Quartz 使用起來也比較麻煩，API 繁瑣。

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

另外，Quartz 雖然也支持分布式任務(wù)。但是，它是在數(shù)據(jù)庫層面，通過數(shù)據(jù)庫的鎖機(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，沒有內(nèi)置 UI 管理控制臺(tái)、使用麻煩（相比于其他同類型框架來說）

Elastic-Job

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，一般我們只要使用 Elastic-Job-Lite 就好。

ElasticJob 支持任務(wù)在分布式場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)，是通過自研 RPC 來實(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。不過，一般在任務(wù)量不是特別大的情況下，沒有什么影響的，可以滿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，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！

@JobHandler(value="myApiJobHandler")
@Component
public?class?MyApiJobHandler?extends?IJobHandler?{

????@Override
????public?ReturnT?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?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：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，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)期滿之后，PowerJob 的作者離開了阿里巴巴。想著說自研一個(gè) SchedulerX，防止哪天 SchedulerX 滿足不了需求，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》。簡單點(diǎn)概括就是：“游戲沒啥意思了，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，我這里就不過多介紹。PowerJob 官方也對(duì)比過其和 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)過了很多年的考驗(yàn)。XXL-JOB 輕量級(jí)，并且使用起來非常簡單。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)的基本需求來說是沒有影響的。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，性能方面的話，ElasticJob 略勝一籌。

這篇文章并沒有介紹到實(shí)際使用，但是，并不代表實(shí)際使用不重要。我在寫這篇文章之前，已經(jīng)動(dòng)手寫過相應(yīng)的 Demo。如果你并沒有實(shí)際使用某個(gè)框架，就直接說它并不好用的話，是站不住腳的。