分布式任务调度框架之开山鼻祖：Quartz
1.简介
最近我司上线使用了分布式任务调度框架：XXL-JOB，方便对任务的管理控制。本来一开始就想讲述一下该框架，但是在学习了解过程中发现该框架式基于Quartz思想开发实现的，Quartz 是一个很火的开源任务调度框架，完全由Java写成，可以说是 Java 定时任务领域的老大哥或者说参考标准，所以在这里先讲讲Quartz框架。
1.1.Quartz是什么
Quartz是OpenSymphony开源组织在Job scheduling领域又一个开源项目，是完全由java开发的一个开源的任务日程管理系统，“任务进度管理器”就是一个在预先确定（被纳入日程）的时间到达时，负责执行（或者通知）其他软件组件的系统。其功能类似于java.util.Timer。但是相较于Timer， Quartz增加了很多功能，作为一个优秀的开源调度框架，Quartz具有以下特点：
- 强大的调度功能，例如支持丰富多样的调度方法，可以满足各种常规及特殊需求
- 灵活的应用方式，支持调度数据的多种存储方式
- 分布式和集群能力
1.2.存储方式
RAMJobStore和JDBCJobStore
两者对比如下：
| 类型 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|
| RAMJobStore | 不要外部数据库，配置容易，运行速度快 | 因为调度程序信息是存储在被分配给JVM的内存里面，所以，当应用程序停止运行时，所有调度信息将被丢失。另外因为存储到JVM内存里面，所以可以存储多少个Job和Trigger将会受到限制 |
| JDBCJobStore | 支持集群，因为所有的任务信息都会保存到数据库中，可以控制事物，还有就是如果应用服务器关闭或者重启，任务信息都不会丢失，并且可以恢复因服务器关闭或者重启而导致执行失败的任务 | 运行速度的快慢取决与连接数据库的快慢 |
根据上面知道，要想支持分布式集群，必须属于JDBCJobStore，其需要借助数据库MySQL，数据库初始化表SQL下载：tables，表描述说明如下：
| 表名 | 说明 |
|---|---|
| qrtz_blob_triggers | Trigger作为Blob类型存储(用于Quartz用户用JDBC创建他们自己定制的Trigger类型，JobStore 并不知道如何存储实例的时候) |
| qrtz_calendars | 以Blob类型存储Quartz的Calendar日历信息， quartz可配置一个日历来指定一个时间范围 |
| qrtz_cron_triggers | 存储Cron Trigger，包括Cron表达式和时区信息 |
| qrtz_fired_triggers | 存储与已触发的Trigger相关的状态信息，以及相联Job的执行信息 |
| qrtz_job_details | 存储每一个已配置的Job的详细信息 |
| qrtz_locks | 存储程序的非观锁的信息(假如使用了悲观锁) |
| qrtz_paused_trigger_graps | 存储已暂停的Trigger组的信息 |
| qrtz_scheduler_state | 存储少量的有关 Scheduler的状态信息，和别的 Scheduler 实例(假如是用于一个集群中) |
| qrtz_simple_triggers | 存储简单的 Trigger，包括重复次数，间隔，以及已触的次数 |
| qrtz_triggers | 存储已配置的 Trigger的信息 |
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2.springboot整合示例
springboot整合quartz非常简单，这里我们演示集群模式，所以使用JDBCJobStore，相关所需依赖如下：
<!-- 实现对 Quartz 的自动化配置 --><dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-quartz</artifactId></dependency><!-- 实现对数据库连接池的自动化配置 --><dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-jdbc</artifactId></dependency><dependency> <!-- 本示例，我们使用 MySQL --><groupId>mysql</groupId><artifactId>mysql-connector-java</artifactId><version>5.1.48</version></dependency>在创建任务之前，我们需要下载上面SQL语句执行一下，这里建表可以和业务数据库在同一个库，也可以单独放到一个数据库，如果单独建库建表，那么业务服务就是多数据源了，需要重新封装数据源连接。如下的多数据源配置：
@Configuration
public class DataSourceConfiguration {/*** 创建 user 数据源的配置对象*/@Primary@Bean(name = "userDataSourceProperties")@ConfigurationProperties(prefix = "spring.datasource.user") // 读取 spring.datasource.user 配置到 DataSourceProperties 对象public DataSourceProperties userDataSourceProperties() {return new DataSourceProperties();}/*** 创建 user 数据源*/@Primary@Bean(name = "userDataSource")@ConfigurationProperties(prefix = "spring.datasource.user.hikari") // 读取 spring.datasource.user 配置到 HikariDataSource 对象public DataSource userDataSource() {// 获得 DataSourceProperties 对象DataSourceProperties properties = this.userDataSourceProperties();// 创建 HikariDataSource 对象return createHikariDataSource(properties);}/*** 创建 quartz 数据源的配置对象*/@Bean(name = "quartzDataSourceProperties")@ConfigurationProperties(prefix = "spring.datasource.quartz") // 读取 spring.datasource.quartz 配置到 DataSourceProperties 对象public DataSourceProperties quartzDataSourceProperties() {return new DataSourceProperties();}/*** 创建 quartz 数据源*/@Bean(name = "quartzDataSource")@ConfigurationProperties(prefix = "spring.datasource.quartz.hikari")@QuartzDataSourcepublic DataSource quartzDataSource() {// 获得 DataSourceProperties 对象DataSourceProperties properties = this.quartzDataSourceProperties();// 创建 HikariDataSource 对象return createHikariDataSource(properties);}private static HikariDataSource createHikariDataSource(DataSourceProperties properties) {// 创建 HikariDataSource 对象HikariDataSource dataSource = properties.initializeDataSourceBuilder().type(HikariDataSource.class).build();// 设置线程池名if (StringUtils.hasText(properties.getName())) {dataSource.setPoolName(properties.getName());}return dataSource;}}
为了快速简单测试，我们把Quartz的建表放到业务库一起，然后如下配置即可：
spring:datasource:url: jdbc:mysql://10.10.0.10:3306/ptc_job?useSSL=false&useUnicode=true&characterEncoding=UTF-8driver-class-name: com.mysql.jdbc.Driverusername: rootpassword: root# Quartz 的配置，对应 QuartzProperties 配置类quartz:scheduler-name: clusteredScheduler # Scheduler 名字。默认为 schedulerNamejob-store-type: jdbc # Job 存储器类型。默认为 memory 表示内存，可选 jdbc 使用数据库。auto-startup: true # Quartz 是否自动启动startup-delay: 0 # 延迟 N 秒启动wait-for-jobs-to-complete-on-shutdown: true # 应用关闭时，是否等待定时任务执行完成。默认为 false ，建议设置为 trueoverwrite-existing-jobs: true # 是否覆盖已有 Job 的配置，注意为false时，修改已存在的任务调度cron，周期不生效jdbc: # 使用 JDBC 的 JobStore 的时候，JDBC 的配置initialize-schema: never # 是否自动使用 SQL 初始化 Quartz 表结构。这里设置成 never ，我们手动创建表结构。properties: # 添加 Quartz Scheduler 附加属性，更多可以看 http://www.quartz-scheduler.org/documentation/2.4.0-SNAPSHOT/configuration.html 文档org:quartz:# JobStore 相关配置jobStore:# 数据源名称dataSource: quartzDataSource # 使用的数据源class: org.quartz.impl.jdbcjobstore.JobStoreTX # JobStore 实现类driverDelegateClass: org.quartz.impl.jdbcjobstore.StdJDBCDelegatetablePrefix: QRTZ_ # Quartz 表前缀isClustered: true # 是集群模式clusterCheckinInterval: 1000useProperties: false# 线程池相关配置threadPool:threadCount: 25 # 线程池大小。默认为 10 。threadPriority: 5 # 线程优先级class: org.quartz.simpl.SimpleThreadPool # 线程池类型创建任务Job1
@DisallowConcurrentExecution
public class Job1 extends QuartzJobBean {private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(getClass());private static SimpleDateFormat fullDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");private final AtomicInteger count = new AtomicInteger();@Autowiredprivate DemoService demoService;private String k1;public void setK1(String k1) {this.k1 = k1;}@Overrideprotected void executeInternal(JobExecutionContext context) {logger.info("[job1的执行了，时间: {}, k1={}, count={}, demoService={}]", fullDateFormat.format(new Date()), k1,count.incrementAndGet(), demoService);}}
继承 QuartzJobBean 抽象类，实现 #executeInternal(JobExecutionContext context) 方法，执行自定义的定时任务的逻辑。
QuartzJobBean 实现了 org.quartz.Job 接口，提供了 Quartz 每次创建 Job 执行定时逻辑时，将该 JobDataMap数据进行依赖属性注入到Job Bean中。
// QuartzJobBean.javapublic final void execute(JobExecutionContext context) throws JobExecutionException {try {// 将当前对象，包装成 BeanWrapper 对象BeanWrapper bw = PropertyAccessorFactory.forBeanPropertyAccess(this);// 设置属性到 bw 中MutablePropertyValues pvs = new MutablePropertyValues();pvs.addPropertyValues(context.getScheduler().getContext());pvs.addPropertyValues(context.getMergedJobDataMap());bw.setPropertyValues(pvs, true);} catch (SchedulerException ex) {throw new JobExecutionException(ex);}// 执行提供给子类实现的抽象方法this.executeInternal(context);
}protected abstract void executeInternal(JobExecutionContext context) throws JobExecutionException;
注入Job任务配置如下：
@Beanpublic JobDetail job1() {return JobBuilder.newJob(Job1.class).withIdentity("job1").storeDurably() .usingJobData("k1", "v1").build();}@Beanpublic Trigger simpleJobTrigger() {// 简单的调度计划的构造器SimpleScheduleBuilder scheduleBuilder = SimpleScheduleBuilder.simpleSchedule().withIntervalInSeconds(30) // 频率 30s执行一次。.repeatForever(); // 次数。// Trigger 构造器return TriggerBuilder.newTrigger().forJob(job1()) .withIdentity("job1Trigger") .withSchedule(scheduleBuilder) .build();}
这时候启动项目查看日志如下：
2022-09-20 23:17:33.500 INFO 18982 --- [eduler_Worker-2] : [job1的执行了，时间: 2022-09-20 23:17:33, k1=v1, count=1, demoService=DemoService@3258ebff]
2022-09-20 23:18:03.463 INFO 18982 --- [eduler_Worker-3] : [job1的执行了，时间: 2022-09-20 23:18:03, k1=v1, count=1, demoService=DemoService@3258ebff]
2022-09-20 23:18:33.439 INFO 18982 --- [eduler_Worker-4] : [job1的执行了，时间: 2022-09-20 23:18:33, k1=v1, count=1, demoService=DemoService@3258ebff]
2022-09-20 23:19:03.448 INFO 18982 --- [eduler_Worker-5] : [job1的执行了，时间: 2022-09-20 23:19:03, k1=v1, count=1, demoService=DemoService@3258ebff]
从计数器count可以看出，每次 Job0 都会被 Quartz 创建出一个新的 Job 对象，执行任务，但是DemoService属性值相同，是Spring单例bean，同时JobData的数据自动映射注入到任务bean属性上。
上面是通过简单调度器simpleSchedule指定频率执行任务，当然我也可以使用主流的基于cron表达式实现任务周期执行：
@Beanpublic JobDetail job1() {return JobBuilder.newJob(Job1.class).withIdentity("job1").storeDurably() .usingJobData("k1", "v1").build();}@Beanpublic Trigger cronJobTrigger() {// 每隔1分钟执行一次CronScheduleBuilder scheduleBuilder = CronScheduleBuilder.cronSchedule("0 0/1 * * * ? *");// Trigger 构造器return TriggerBuilder.newTrigger().forJob(job1()) .withIdentity("job1Trigger") .withSchedule(scheduleBuilder) .build();}
任务调度执行结果这里就不再展示了，和上面一回事。
3.实现原理
Quartz 是通过 Scheduler 调度器来进行任务的操作，它可以把任务 JobDetail 和触发器 Trigger 加入任务池中，可以把任务删除，也可以把任务停止，scheduler 把这些任务和触发器放到一个 JobStore 中，这里 jobStore 有内存形式的也有持久化形式的，当然也可以自定义扩展成独立的服务。
Quartz内部会通过一个调度线程 QuartzSchedulerThread 不断到 JobStore 中找出下次需要执行的任务，并把这些任务封装放到一个线程池 ThreadPool 中运行，组件结构如下图：
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-MTzKZywl-1691461202634)(https://markdown-file-zfj.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/Quartz%E6%9E%B6%E6%9E%84%E5%9B%BE.png)]
核心类
QuartzSchedulerThread：负责执行向QuartzScheduler注册的触发Trigger的工作的线程。
ThreadPool：Scheduler使用一个线程池作为任务运行的基础设施，任务通过共享线程池中的线程提供运行效率。
QuartzSchedulerResources：包含创建QuartzScheduler实例所需的所有资源（JobStore，ThreadPool等）。
SchedulerFactory ：提供用于获取调度程序实例的客户端可用句柄的机制。
JobStore： 通过类实现的接口，这些类要为org.quartz.core.QuartzScheduler的使用提供一个org.quartz.Job和org.quartz.Trigger存储机制。作业和触发器的存储应该以其名称和组的组合为唯一性。
QuartzScheduler ：这是Quartz的核心，它是org.quartz.Scheduler接口的间接实现，包含调度org.quartz.Jobs，注册org.quartz.JobListener实例等的方法。
Scheduler ：这是Quartz Scheduler的主要接口，代表一个独立运行容器。调度程序维护JobDetails和触发器的注册表。 一旦注册，调度程序负责执行作业，当他们的相关联的触发器触发（当他们的预定时间到达时）。
Trigger ：具有所有触发器通用属性的基本接口，描述了job执行的时间出发规则。 - 使用TriggerBuilder实例化实际触发器。
JobDetail ：传递给定作业实例的详细信息属性。 JobDetails将使用JobBuilder创建/定义。
Job：要由表示要执行的“作业”的类实现的接口。只有一个方法 void execute(jobExecutionContext context)
(jobExecutionContext 提供调度上下文各种信息，运行时数据保存在jobDataMap中)
Job有个子接口StatefulJob ,代表有状态任务。有状态任务不可并发，前次任务没有执行完，后面任务处于阻塞等到。
下面展示原生的Quartz创建任务、绑定触发器、注册任务和定时器、启动调度器，
/*** 原生创建任务流程示例，有助于分析quartz实现原理* @throws SchedulerException*/public static void test() throws SchedulerException {//1.创建Scheduler的工厂SchedulerFactory sf = new StdSchedulerFactory();//2.从工厂中获取调度器实例Scheduler scheduler = sf.getScheduler();//3.创建JobDetailJobDetail jb = JobBuilder.newJob(Job1.class).withDescription("this is a job") //job的描述.withIdentity("job1", "test-job") //job 的name和group.build();//任务运行的时间，SimpleSchedule类型触发器有效long time= System.currentTimeMillis() + 3*1000L; //3秒后启动任务Date statTime = new Date(time);//4.创建Trigger//使用SimpleScheduleBuilder或者CronScheduleBuilderTrigger t = TriggerBuilder.newTrigger().withDescription("").withIdentity("job1Trigger", "job1TriggerGroup")//.withSchedule(SimpleScheduleBuilder.simpleSchedule()).startAt(statTime) //默认当前时间启动.withSchedule(CronScheduleBuilder.cronSchedule("0/10 * * * * ?")) //10秒执行一次.build();//5.注册任务和定时器scheduler.scheduleJob(jb, t);//源码分析//6.启动 调度器scheduler.start();}public static void main(String[] args) throws SchedulerException {test();}接下来对主要三个步骤：创建调度器、注册任务和触发器、启动调度器执行任务进行分析
调度器初始化
SchedulerFactory sf = new StdSchedulerFactory();Scheduler scheduler = sf.getScheduler();
SchedulerFacotory 是创建调度器的工厂接口，它有两个实现，StdSchedulerFacotory 根据配置文件来创建 Scheduler，DirectSchedulerFactory 主要通过编码对 Scheduler 控制，通常为了侵入性更小、实现更方便我们用 StdSchedulerFacotory 类型来创建 StdScheduler，quartz.properties 里面的配置都对应到这个 StdSchedulerFactory 中，所以对某个配置不明白已经该配置的默认值可以看 StdSchedulerFactory 中获取配置的代码。
从sf.getScheduler()入手，进入StdSchedulerFacotory可以看到该方法逻辑：
public Scheduler getScheduler() throws SchedulerException {// 第一步：加载配置文件，System的properties覆盖前面的配置if (cfg == null) {initialize();}SchedulerRepository schedRep = SchedulerRepository.getInstance();Scheduler sched = schedRep.lookup(getSchedulerName());if (sched != null) {if (sched.isShutdown()) {schedRep.remove(getSchedulerName());} else {return sched;}}// 第二步：初始化，生成schedulersched = instantiate();return sched;}
这里一共完成两个逻辑：加载配置和生成scheduler，接下来进入核心方法instantiate()，这里面逻辑很多，其核心操作就是初始化各种调度所需要的对象，比如线程池、JobStore等等，最后把上面创建的对象放到 QuartzSchedulerResources 中并把线程池起来，这个相当于 QuartzScheduler 的资源存放处, 方法相关代码如下：
private Scheduler instantiate() throws SchedulerException{......// 要初始化的对象JobStore js = null;ThreadPool tp = null;QuartzScheduler qs = null;DBConnectionManager dbMgr = null;String instanceIdGeneratorClass = null;Properties tProps = null;String userTXLocation = null;boolean wrapJobInTx = false;boolean autoId = false;long idleWaitTime = -1;long dbFailureRetry = 15000L; // 15 secsString classLoadHelperClass;String jobFactoryClass;ThreadExecutor threadExecutor;.....QuartzSchedulerResources rsrcs = new QuartzSchedulerResources();rsrcs.setName(schedName);rsrcs.setThreadName(threadName);rsrcs.setInstanceId(schedInstId);rsrcs.setJobRunShellFactory(jrsf);rsrcs.setMakeSchedulerThreadDaemon(makeSchedulerThreadDaemon);rsrcs.setThreadsInheritInitializersClassLoadContext(threadsInheritInitalizersClassLoader);rsrcs.setRunUpdateCheck(!skipUpdateCheck);rsrcs.setBatchTimeWindow(batchTimeWindow);rsrcs.setMaxBatchSize(maxBatchSize);rsrcs.setInterruptJobsOnShutdown(interruptJobsOnShutdown);rsrcs.setInterruptJobsOnShutdownWithWait(interruptJobsOnShutdownWithWait);rsrcs.setJMXExport(jmxExport);rsrcs.setJMXObjectName(jmxObjectName);//这个线程执行者用于后面启动调度线程rsrcs.setThreadExecutor(threadExecutor);threadExecutor.initialize();rsrcs.setThreadPool(tp);if (tp instanceof SimpleThreadPool) {if (threadsInheritInitalizersClassLoader)((SimpleThreadPool) tp).setThreadsInheritContextClassLoaderOfInitializingThread(threadsInheritInitalizersClassLoader);}//执行线程池启动tp.initialize();tpInited = true;rsrcs.setJobStore(js);// add pluginsfor (int i = 0; i < plugins.length; i++) {rsrcs.addSchedulerPlugin(plugins[i]);}//调度线程在构造方法里面启动的qs = new QuartzScheduler(rsrcs, idleWaitTime, dbFailureRetry);}
经过上面调度器scheduler就初始化好了，接下来就可以定义Job和Trigger，然后通过scheduler.scheduleJob(jb, t)注册任务和触发器。
注册任务和触发器
scheduler.scheduleJob(jb, t)
进入StdScheduler#scheduleJob(JobDetail jobDetail, Trigger trigger)
public Date scheduleJob(JobDetail jobDetail, Trigger trigger)throws SchedulerException {return sched.scheduleJob(jobDetail, trigger);}
这里的sched对象就是QuartzScheduler，进入sched.scheduleJob(jobDetail, trigger)，这里就是注册任务和定时任务的核心逻辑。
public Date scheduleJob(JobDetail jobDetail, Trigger trigger) throws SchedulerException {.....//核心代码：存储给定的org.quartz.JobDetail和org.quartz.Trigger。resources.getJobStore().storeJobAndTrigger(jobDetail, trig);notifySchedulerListenersJobAdded(jobDetail);notifySchedulerThread(trigger.getNextFireTime().getTime());notifySchedulerListenersSchduled(trigger);return ft;}这里的resources就是上面创建调度器scheduler时初始化各种对象然后放到资源管理处QuartzSchedulerResources，其里面包含对JobStore对象，然后再通过这个对象保存任务和触发器，至于保存逻辑的细节这里不在详述，请自行查看，反正核心逻辑这里上下文都对上了。
启动调度器执行任务
quartz 用一个线程不断轮询查找下次待执行的任务，并把任务交给线程池执行，这里涉及两种角色：调度线程和执行线程池。
scheduler.start();
scheduler.start() 调用 QuartzScheduler.start()，Quartz 的启动要调用start()方法进行线程的启动，线程中启动线程是调用start()方法，但是真正执行线程任务的操作在run()中
QuartzScheduler.start()代码如下：
public void start() throws SchedulerException {if (shuttingDown|| closed) {throw new SchedulerException("The Scheduler cannot be restarted after shutdown() has been called.");}notifySchedulerListenersStarting();if (initialStart == null) {//初始化标识为null，进行初始化操作initialStart = new Date();this.resources.getJobStore().schedulerStarted();//1 主要分析的地方 startPlugins();} else {resources.getJobStore().schedulerResumed();//2 如果已经初始化过，则恢复jobStore}schedThread.togglePause(false);//3 唤醒所有等待的线程getLog().info("Scheduler " + resources.getUniqueIdentifier() + " started.");notifySchedulerListenersStarted();
}
this.resources.getJobStore().schedulerStarted() ;主要分析的地方,实际上是调用 QuartzSchedulerResources中的JobStore进行启动。
最后QuartzSchedulerThread.run()主要是在有可用线程的时候获取需要执行Trigger并出触发进行任务的调度！
看线程 QuartzSchedulerThread 的 run () 方法以 while (true) 的方式循环执行，不断从jobStore中获取下次要触发的触发器集合，将任务放到线程池中执行，这也是Quartz实现定时周期执行任务的核心所在，具体分析请看：https://my.oschina.net/chengxiaoyuan/blog/674603