转载自:http://www.oschina.net/question/129540_28053
综观目前的 Web 应用,多数应用都具备任务调度的功能。本文由浅入深介绍了几种任务调度的 Java 实现方法,包括 Timer,Scheduler, Quartz 以及 JCron Tab,并对其优缺点进行比较,目的在于给需要开发任务调度的程序员提供有价值的参考。
任务调度是指基于给定时间点,给定时间间隔或者给定执行次数自动执行任务。本文由浅入深介绍四种任务调度的 Java 实现:
- Timer
- ScheduledExecutor
- 开源工具包 Quartz
- 开源工具包 JCronTab
此外,为结合实现复杂的任务调度,本文还将介绍 Calendar 的一些使用方法。
相信大家都已经非常熟悉 java.util.Timer 了,它是最简单的一种实现任务调度的方法,下面给出一个具体的例子:
package com.ibm.scheduler; import java.util.Timer; import java.util.TimerTask; public class TimerTest extends TimerTask { private String jobName = ""; public TimerTest(String jobName) { super(); this.jobName = jobName; } @Override public void run() { System.out.println("execute " + jobName); } public static void main(String[] args) { Timer timer = new Timer(); long delay1 = 1 * 1000; long period1 = 1000; // 从现在开始 1 秒钟之后,每隔 1 秒钟执行一次 job1 timer.schedule(new TimerTest("job1"), delay1, period1); long delay2 = 2 * 1000; long period2 = 2000; // 从现在开始 2 秒钟之后,每隔 2 秒钟执行一次 job2 timer.schedule(new TimerTest("job2"), delay2, period2); } } /** 输出结果: execute job1 execute job1 execute job2 execute job1 execute job1 execute job2 */
Timer 的设计核心是一个 TaskList 和一个 TaskThread。Timer 将接收到的任务丢到自己的 TaskList 中,TaskList 按照 Task 的最初执行时间进行排序。TimerThread 在创建 Timer 时会启动成为一个守护线程。这个线程会轮询所有任务,找到一个最近要执行的任务,然后休眠,当到达最近要执行任务的开始时间点,TimerThread 被唤醒并执行该任务。之后 TimerThread 更新最近一个要执行的任务,继续休眠。
Timer 的优点在于简单易用,但由于所有任务都是由同一个线程来调度,因此所有任务都是串行执行的,同一时间只能有一个任务在执行,前一个任务的延迟或异常都将会影响到之后的任务。
鉴于 Timer 的上述缺陷,Java 5 推出了基于线程池设计的 ScheduledExecutor。其设计思想是,每一个被调度的任务都会由线程池中一个线程去执行,因此任务是并发执行的,相互之间不会受到干扰。需 要注意的是,只有当任务的执行时间到来时,ScheduedExecutor 才会真正启动一个线程,其余时间 ScheduledExecutor 都是在轮询任务的状态。
Timer 和 ScheduledExecutor 都仅能提供基于开始时间与重复间隔的任务调度,不能胜任更加复杂的调度需求。比如,设置每星期二的 16:38:10 执行任务。该功能使用 Timer 和 ScheduledExecutor 都不能直接实现,但我们可以借助 Calendar 间接实现该功能。
package com.ibm.scheduler; import java.util.Calendar; import java.util.Date; import java.util.TimerTask; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService; import java.util.concurrent.TimeUnit; public class ScheduledExceutorTest2 extends TimerTask { private String jobName = ""; public ScheduledExceutorTest2(String jobName) { super(); this.jobName = jobName; } @Override public void run() { System.out.println("Date = "+new Date()+", execute " + jobName); } /** * 计算从当前时间currentDate开始,满足条件dayOfWeek, hourOfDay, * minuteOfHour, secondOfMinite的最近时间 * @return */ public Calendar getEarliestDate(Calendar currentDate, int dayOfWeek, int hourOfDay, int minuteOfHour, int secondOfMinite) { //计算当前时间的WEEK_OF_YEAR,DAY_OF_WEEK, HOUR_OF_DAY, MINUTE,SECOND等各个字段值 int currentWeekOfYear = currentDate.get(Calendar.WEEK_OF_YEAR); int currentDayOfWeek = currentDate.get(Calendar.DAY_OF_WEEK); int currentHour = currentDate.get(Calendar.HOUR_OF_DAY); int currentMinute = currentDate.get(Calendar.MINUTE); int currentSecond = currentDate.get(Calendar.SECOND); //如果输入条件中的dayOfWeek小于当前日期的dayOfWeek,则WEEK_OF_YEAR需要推迟一周 boolean weekLater = false; if (dayOfWeek < currentDayOfWeek) { weekLater = true; } else if (dayOfWeek == currentDayOfWeek) { //当输入条件与当前日期的dayOfWeek相等时,如果输入条件中的 //hourOfDay小于当前日期的 //currentHour,则WEEK_OF_YEAR需要推迟一周 if (hourOfDay < currentHour) { weekLater = true; } else if (hourOfDay == currentHour) { //当输入条件与当前日期的dayOfWeek, hourOfDay相等时, //如果输入条件中的minuteOfHour小于当前日期的 //currentMinute,则WEEK_OF_YEAR需要推迟一周 if (minuteOfHour < currentMinute) { weekLater = true; } else if (minuteOfHour == currentSecond) { //当输入条件与当前日期的dayOfWeek, hourOfDay, //minuteOfHour相等时,如果输入条件中的 //secondOfMinite小于当前日期的currentSecond, //则WEEK_OF_YEAR需要推迟一周 if (secondOfMinite < currentSecond) { weekLater = true; } } } } if (weekLater) { //设置当前日期中的WEEK_OF_YEAR为当前周推迟一周 currentDate.set(Calendar.WEEK_OF_YEAR, currentWeekOfYear + 1); } // 设置当前日期中的DAY_OF_WEEK,HOUR_OF_DAY,MINUTE,SECOND为输入条件中的值。 currentDate.set(Calendar.DAY_OF_WEEK, dayOfWeek); currentDate.set(Calendar.HOUR_OF_DAY, hourOfDay); currentDate.set(Calendar.MINUTE, minuteOfHour); currentDate.set(Calendar.SECOND, secondOfMinite); return currentDate; } public static void main(String[] args) throws Exception { ScheduledExceutorTest2 test = new ScheduledExceutorTest2("job1"); //获取当前时间 Calendar currentDate = Calendar.getInstance(); long currentDateLong = currentDate.getTime().getTime(); System.out.println("Current Date = " + currentDate.getTime().toString()); //计算满足条件的最近一次执行时间 Calendar earliestDate = test .getEarliestDate(currentDate, 3, 16, 38, 10); long earliestDateLong = earliestDate.getTime().getTime(); System.out.println("Earliest Date = " + earliestDate.getTime().toString()); //计算从当前时间到最近一次执行时间的时间间隔 long delay = earliestDateLong - currentDateLong; //计算执行周期为一星期 long period = 7 * 24 * 60 * 60 * 1000; ScheduledExecutorService service = Executors.newScheduledThreadPool(10); //从现在开始delay毫秒之后,每隔一星期执行一次job1 service.scheduleAtFixedRate(test, delay, period, TimeUnit.MILLISECONDS); } } /** 输出结果: Current Date = Wed Feb 02 17:32:01 CST 2011 Earliest Date = Tue Feb 8 16:38:10 CST 2011 Date = Tue Feb 8 16:38:10 CST 2011, execute job1 Date = Tue Feb 15 16:38:10 CST 2011, execute job1 */
YEAR + MONTH + DAY_OF_MONTH YEAR + MONTH + WEEK_OF_MONTH + DAY_OF_WEEK YEAR + MONTH + DAY_OF_WEEK_IN_MONTH + DAY_OF_WEEK YEAR + DAY_OF_YEAR YEAR + DAY_OF_WEEK + WEEK_OF_YEAR |
上述组合分别加上 HOUR_OF_DAY + MINUTE + SECOND 即为一个完整的时间标识。本例采用了最后一种组合方式。输入为 DAY_OF_WEEK, HOUR_OF_DAY, MINUTE, SECOND 以及当前日期 , 输出为一个满足 DAY_OF_WEEK, HOUR_OF_DAY, MINUTE, SECOND 并且距离当前日期最近的未来日期。计算的原则是从输入的 DAY_OF_WEEK 开始比较,如果小于当前日期的 DAY_OF_WEEK,则需要向 WEEK_OF_YEAR 进一, 即将当前日期中的 WEEK_OF_YEAR 加一并覆盖旧值;如果等于当前的 DAY_OF_WEEK, 则继续比较 HOUR_OF_DAY;如果大于当前的 DAY_OF_WEEK,则直接调用 java.util.calenda 的 calendar.set(field, value) 函数将当前日期的 DAY_OF_WEEK, HOUR_OF_DAY, MINUTE, SECOND 赋值为输入值,依次类推,直到比较至 SECOND。读者可以根据输入需求选择不同的组合方式来计算最近执行时间。
可以看出,用上述方法实现该任务调度比较麻烦,这就需要一个更加完善的任务调度框架来解决这些复杂的调度问题。幸运的是,开源工具包 Quartz 与 JCronTab 提供了这方面强大的支持。
Quartz 可以满足更多更复杂的调度需求,首先让我们看看如何用 Quartz 实现每星期二 16:38 的调度安排:
使用者只需要创建一个 Job 的继承类,实现 execute 方法。JobDetail 负责封装 Job 以及 Job 的属性,并将其提供给 Scheduler 作为参数。每次 Scheduler 执行任务时,首先会创建一个 Job 的实例,然后再调用 execute 方法执行。Quartz 没有为 Job 设计带参数的构造函数,因此需要通过额外的 JobDataMap 来存储 Job 的属性。JobDataMap 可以存储任意数量的 Key,Value 对,例如:
jobDetail.getJobDataMap().put("myDescription", "my job description"); jobDetail.getJobDataMap().put("myValue", 1998); ArrayList<String> list = new ArrayList<String>(); list.add("item1"); jobDetail.getJobDataMap().put("myArray", list);
Trigger 的作用是设置调度策略。Quartz 设计了多种类型的 Trigger,其中最常用的是 SimpleTrigger 和 CronTrigger。
SimpleTrigger 适用于在某一特定的时间执行一次,或者在某一特定的时间以某一特定时间间隔执行多次。上述功能决定了 SimpleTrigger 的参数包括 start-time, end-time, repeat count, 以及 repeat interval。
Repeat count 取值为大于或等于零的整数,或者常量 SimpleTrigger.REPEAT_INDEFINITELY。
Repeat interval 取值为大于或等于零的长整型。当 Repeat interval 取值为零并且 Repeat count 取值大于零时,将会触发任务的并发执行。
Start-time 与 dnd-time 取值为 java.util.Date。当同时指定 end-time 与 repeat count 时,优先考虑 end-time。一般地,可以指定 end-time,并设定 repeat count 为 REPEAT_INDEFINITELY。
以下是 SimpleTrigger 的构造方法:
public SimpleTrigger(String name, String group, Date startTime, Date endTime, int repeatCount, long repeatInterval) |
举例如下:
创建一个立即执行且仅执行一次的 SimpleTrigger:
CronTrigger 的用途更广,相比基于特定时间间隔进行调度安排的 SimpleTrigger,CronTrigger 主要适用于基于日历的调度安排。例如:每星期二的 16:38:10 执行,每月一号执行,以及更复杂的调度安排等。
CronTrigger 同样需要指定 start-time 和 end-time,其核心在于 Cron 表达式,由七个字段组成:
Seconds Minutes Hours Day-of-Month Month Day-of-Week Year (Optional field) |
举例如下:
创建一个每三小时执行的 CronTrigger,且从每小时的整点开始执行:
0 0 0/3 * * ? |
创建一个每十分钟执行的 CronTrigger,且从每小时的第三分钟开始执行:
0 3/10 * * * ? |
创建一个每周一,周二,周三,周六的晚上 20:00 到 23:00,每半小时执行一次的 CronTrigger:
0 0/30 20-23 ? * MON-WED,SAT |
创建一个每月最后一个周四,中午 11:30-14:30,每小时执行一次的 trigger:
0 30 11-14/1 ? * 5L |
解释一下上述例子中各符号的含义:
首先所有字段都有自己特定的取值,例如,Seconds 和 Minutes 取值为 0 到 59,Hours 取值为 0 到 23,Day-of-Month 取值为 0-31, Month 取值为 0-11,或者 JAN,FEB, MAR, APR, MAY, JUN, JUL, AUG, SEP, OCT, NOV, DEC,Days-of-Week 取值为 1-7 或者 SUN, MON, TUE, WED, THU, FRI, SAT。每个字段可以取单个值,多个值,或一个范围,例如 Day-of-Week 可取值为“MON,TUE,SAT”,“MON-FRI”或者“TUE-THU,SUN”。
通配符 * 表示该字段可接受任何可能取值。例如 Month 字段赋值 * 表示每个月,Day-of-Week 字段赋值 * 表示一周的每天。
/ 表示开始时刻与间隔时段。例如 Minutes 字段赋值 2/10 表示在一个小时内每 20 分钟执行一次,从第 2 分钟开始。
? 仅适用于 Day-of-Month 和 Day-of-Week。? 表示对该字段不指定特定值。适用于需要对这两个字段中的其中一个指定值,而对另一个不指定值的情况。一般情况下,这两个字段只需对一个赋值。
L 仅适用于 Day-of-Month 和 Day-of-Week。L 用于 Day-of-Month 表示该月最后一天。L 单独用于 Day-of-Week 表示周六,否则表示一个月最后一个星期几,例如 5L 或者 THUL 表示该月最后一个星期四。
W 仅适用于 Day-of-Month,表示离指定日期最近的一个工作日,例如 Day-of-Month 赋值为 10W 表示该月离 10 号最近的一个工作日。
# 仅适用于 Day-of-Week,表示该月第 XXX 个星期几。例如 Day-of-Week 赋值为 5#2 或者 THU#2,表示该月第二个星期四。
CronTrigger 的使用如下:
CronTrigger cronTrigger = new CronTrigger("myTrigger", "myGroup"); try { cronTrigger.setCronExpression("0 0/30 20-13 ? * MON-WED,SAT"); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } |
Job 与 Trigger 的松耦合设计是 Quartz 的一大特点,其优点在于同一个 Job 可以绑定多个不同的 Trigger,同一个 Trigger 也可以调度多个 Job,灵活性很强。
除了上述基本的调度功能,Quartz 还提供了 listener 的功能。主要包含三种 listener:JobListener,TriggerListener 以及 SchedulerListener。当系统发生故障,相关人员需要被通知时,Listener 便能发挥它的作用。最常见的情况是,当任务被执行时,系统发生故障,Listener 监听到错误,立即发送邮件给管理员。下面给出 JobListener 的实例:
import org.quartz.JobExecutionContext; import org.quartz.JobExecutionException; import org.quartz.JobListener; import org.quartz.SchedulerException; public class MyListener implements JobListener{ @Override public String getName() { return "My Listener"; } @Override public void jobWasExecuted(JobExecutionContext context, JobExecutionException jobException) { if(jobException != null){ try { //停止Scheduler context.getScheduler().shutdown(); System.out.println(" Error occurs when executing jobs, shut down the scheduler "); // 给管理员发送邮件… } catch (SchedulerException e) { e.printStackTrace(); } } } } |
从清单 7 可以看出,使用者只需要创建一个 JobListener 的继承类,重载需要触发的方法即可。当然,需要将 listener 的实现类注册到 Scheduler 和 JobDetail 中:
sched.addJobListener(new MyListener()); jobDetail.addJobListener("My Listener"); // listener 的名字 |
使用者也可以将 listener 注册为全局 listener,这样便可以监听 scheduler 中注册的所有任务 :
sched.addGlobalJobListener(new MyListener()); |
为了测试 listener 的功能,可以在 job 的 execute 方法中强制抛出异常。清单 7 中,listener 接收到异常,将 job 所在的 scheduler 停掉,阻止后续的 job 继续执行。scheduler、jobDetail 等信息都可以从 listener 的参数 context 中检索到。
清单 7 的输出结果为:
Generating report - myJob.myJob, type =FULL Tue Feb 15 18:57:35 CST 2011 2011-2-15 18:57:35 org.quartz.core.JobRunShell run 信息 : Job myJob.myJob threw a JobExecutionException: org.quartz.JobExecutionException at com.ibm.scheduler.QuartzListenerTest.execute(QuartzListenerTest.java:22) at org.quartz.core.JobRunShell.run(JobRunShell.java:191) at org.quartz.simpl.SimpleThreadPool$WorkerThread.run(SimpleThreadPool.java:516) 2011-2-15 18:57:35 org.quartz.core.QuartzScheduler shutdown 信息 : Scheduler DefaultQuartzScheduler_$_NON_CLUSTERED shutting down. Error occurs when executing jobs, shut down the scheduler |
TriggerListener、SchedulerListener 与 JobListener 有类似的功能,只是各自触发的事件不同,如 JobListener 触发的事件为:
Job to be executed, Job has completed execution 等
TriggerListener 触发的事件为:
Trigger firings, trigger mis-firings, trigger completions 等
SchedulerListener 触发的事件为:
add a job/trigger, remove a job/trigger, shutdown a scheduler 等
读者可以根据自己的需求重载相应的事件。
Quartz 的另一显著优点在于持久化,即将任务调度的相关数据保存下来。这样,当系统重启后,任务被调度的状态依然存在于系统中,不会丢失。默认情况 下,Quartz 采用的是 org.quartz.simpl.RAMJobStore,在这种情况下,数据仅能保存在内存中,系统重启后会全部丢失。若想持久化数据,需要采用 org.quartz.simpl.JDBCJobStoreTX。
实现持久化的第一步,是要创建 Quartz 持久化所需要的表格。在 Quartz 的发布包 docs/dbTables 中可以找到相应的表格创建脚本。Quartz 支持目前大部分流行的数据库。本文以 DB2 为例,所需要的脚本为 tables_db2.sql。首先需要对脚本做一点小的修改,即在开头指明 Schema:
SET CURRENT SCHEMA quartz; |
为了方便重复使用 , 创建表格前首先删除之前的表格:drop table qrtz_job_details;
drop table qrtz_job_listeners; |
…
然后创建数据库 sched,执行 tables_db2.sql 创建持久化所需要的表格。
第二步,配置数据源。数据源与其它所有配置,例如 ThreadPool,均放在 quartz.properties 里:
# Configure ThreadPool org.quartz.threadPool.class = org.quartz.simpl.SimpleThreadPool org.quartz.threadPool.threadCount = 5 org.quartz.threadPool.threadPriority = 4 # Configure Datasources org.quartz.jobStore.class = org.quartz.impl.jdbcjobstore.JobStoreTX org.quartz.jobStore.driverDelegateClass = org.quartz.impl.jdbcjobstore.StdJDBCDelegate org.quartz.jobStore.dataSource = db2DS org.quartz.jobStore.tablePrefix = QRTZ_ org.quartz.dataSource.db2DS.driver = com.ibm.db2.jcc.DB2Driver org.quartz.dataSource.db2DS.URL = jdbc:db2://localhost:50001/sched org.quartz.dataSource.db2DS.user = quartz org.quartz.dataSource.db2DS.password = passw0rd org.quartz.dataSource.db2DS.maxConnections = 5 |
使用时只需要将 quatz.properties 放在 classpath 下面,不用更改一行代码,再次运行之前的任务调度实例,trigger、job 等信息便会被记录在数据库中。
将清单 4 中的 makeWeeklyTrigger 改成 makeSecondlyTrigger,重新运行 main 函数,在 sched 数据库中查询表 qrtz_simple_triggers 中的数据。其查询语句为“db2 ‘ select repeat_interval, times_triggered from qrtz_simple_triggers ’”。结果 repeat_interval 为 1000,与程序中设置的 makeSecondlyTrigger 相吻合,times_triggered 值为 21。
停掉程序,将数据库中记录的任务调度数据重新导入程序运行:
package com.ibm.scheduler; import org.quartz.Scheduler; import org.quartz.SchedulerException; import org.quartz.SchedulerFactory; import org.quartz.Trigger; import org.quartz.impl.StdSchedulerFactory; public class QuartzReschedulerTest { public static void main(String[] args) throws SchedulerException { // 初始化一个 Schedule Factory SchedulerFactory schedulerFactory = new StdSchedulerFactory(); // 从 schedule factory 中获取 scheduler Scheduler scheduler = schedulerFactory.getScheduler(); // 从 schedule factory 中获取 trigger Trigger trigger = scheduler.getTrigger("myTrigger", "myTriggerGroup"); // 重新开启调度任务 scheduler.rescheduleJob("myTrigger", "myTriggerGroup", trigger); scheduler.start(); } }
上面代码中,schedulerFactory.getScheduler() 将 quartz.properties 的内容加载到内存,然后根据数据源的属性初始化数据库的链接,并将数据库中存储的数据加载到内存。之后,便可以在内存中查询某一具体的 trigger,并将其重新启动。这时候重新查询 qrtz_simple_triggers 中的数据,发现 times_triggered 值比原来增长了。 |
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