再识Quartz

在之前的项目中使用过Quartz，但都是基于XML配置定义任务的。目前一个项目应用需要对任务进行创建、暂停、删除等动态管理。所以再次在网上翻了翻，再来好好重新认识下Quartz。

名词解释：

scheduler：任务调度器

trigger：触发器，用于定义任务调度时间规则

job：任务，即被调度的任务

misfire：错过的，指本来应该被执行但实际没有被执行的任务调度

Quartz 任务调度的基本实现原理

核心元素

Quartz 任务调度的核心元素是 scheduler, trigger 和 job，其中 trigger 和 job 是任务调度的元数据， scheduler 是实际执行调度的控制器。

在 Quartz 中，trigger 是用于定义调度时间的元素，即按照什么时间规则去执行任务。Quartz 中主要提供了四种类型的 trigger：SimpleTrigger，CronTirgger，DateIntervalTrigger，和 NthIncludedDayTrigger。

在 Quartz 中，job 用于表示被调度的任务。主要有两种类型的 job：无状态的（stateless）和有状态的（stateful）。对于同一个 trigger 来说，有状态的 job 不能被并行执行，只有上一次触发的任务被执行完之后，才能触发下一次执行。Job 主要有两种属性：volatility 和 durability，其中 volatility 表示任务是否被持久化到数据库存储，而 durability 表示在没有 trigger 关联的时候任务是否被保留。两者都是在值为 true 的时候任务被持久化或保留。一个 job 可以被多个 trigger 关联，但是一个 trigger 只能关联一个 job。

在 Quartz 中， scheduler 由 scheduler 工厂创建：DirectSchedulerFactory 或者 StdSchedulerFactory。 第二种工厂 StdSchedulerFactory 使用较多，因为 DirectSchedulerFactory 使用起来不够方便，需要作许多详细的手工编码设置。 Scheduler 主要有三种：RemoteMBeanScheduler， RemoteScheduler 和 StdScheduler。

Quartz 核心元素之间的关系如下图所示：

图 1. Quartz 核心元素关系图

线程视图

在 Quartz 中，有两类线程，Scheduler 调度线程和任务执行线程，其中任务执行线程通常使用一个线程池维护一组线程。

图 2. Quartz 线程视图

Scheduler 调度线程主要有两个： 执行常规调度的线程，和执行 misfired trigger 的线程。常规调度线程轮询存储的所有 trigger，如果有需要触发的 trigger，即到达了下一次触发的时间，则从任务执行线程池获取一个空闲线程，执行与该 trigger 关联的任务。Misfire 线程是扫描所有的 trigger，查看是否有 misfired trigger，如果有的话根据 misfire 的策略分别处理。

数据存储

Quartz 中的 trigger 和 job 需要存储下来才能被使用。Quartz 中有两种存储方式：RAMJobStore, JobStoreSupport，其中 RAMJobStore 是将 trigger 和 job 存储在内存中，而 JobStoreSupport 是基于 jdbc 将 trigger 和 job 存储到数据库中。RAMJobStore 的存取速度非常快，但是由于其在系统被停止后所有的数据都会丢失，所以在通常应用中，都是使用 JobStoreSupport。

在 Quartz 中，JobStoreSupport 使用一个驱动代理来操作 trigger 和 job 的数据存储：StdJDBCDelegate。StdJDBCDelegate 实现了大部分基于标准 JDBC 的功能接口，但是对于各种数据库来说，需要根据其具体实现的特点做某些特殊处理，因此各种数据库需要扩展 StdJDBCDelegate 以实现这些特殊处理。

开发中的常见问题

一：如何使用不同类型的 Trigger

Quartz 中有四种类型的 Trigger：SimpleTrigger，CronTirgger，DateIntervalTrigger和 NthIncludedDayTrigger。

SimpleTrigger 一般用于实现每隔一定时间执行任务，以及重复多少次，如每 2 小时执行一次，重复执行 5 次。SimpleTrigger 内部实现机制是通过计算间隔时间来计算下次的执行时间，这就导致其不适合调度定时的任务。例如我们想每天的 1：00AM 执行任务，如果使用 SimpleTrigger 的话间隔时间就是一天。注意这里就会有一个问题，即当有 misfired 的任务并且恢复执行时，该执行时间是随机的（取决于何时执行 misfired 的任务，例如某天的 3：00PM）。这会导致之后每天的执行时间都会变成 3：00PM，而不是我们原来期望的 1：00AM。

CronTirgger 类似于 LINUX 上的任务调度命令 crontab，即利用一个包含 7 个字段的表达式来表示时间调度方式。例如，"0 15 10 * * ? *" 表示每天的 10：15AM 执行任务。对于涉及到星期和月份的调度，CronTirgger 是最适合的，甚至某些情况下是唯一选择。例如，"0 10 14 ? 3 WED" 表示三月份的每个星期三的下午 14：10PM 执行任务。读者可以在具体用到该 trigger 时再详细了解每个字段的含义。

DateIntervalTrigger 是 Quartz 1.7 之后的版本加入的，其最适合调度类似每 N（1, 2, 3...）小时，每 N 天，每 N 周等的任务。虽然 SimpleTrigger 也能实现类似的任务，但是 DateIntervalTrigger 不会受到我们上面说到的 misfired 任务的影响。另外，DateIntervalTrigger 也不会受到 DST（Daylight Saving Time， 即中国的夏令时）调整的影响。笔者就曾经因为该原因将项目中的 SimpleTrigger 改为了 DateIntervalTrigger，因为如果使用 SimpleTrigger，本来设定的调度时间就会由于 DST 的调整而提前或延迟一个小时，而 DateIntervalTrigger 不会受此影响。

NthIncludedDayTrigger 的用途比较简单明确，即用于每隔一个周期的第几天调度任务，例如，每个月的第 3 天执行指定的任务。

除了上面提到的 4 种 Trigger，Quartz 中还定义了一个 Calendar 类（注意，是 org.quartz.Calendar）。这个 Calendar 与 Trigger 一起使用，但是它们的作用相反，它是用于排除任务不被执行的情况。例如，按照 Trigger 的规则在 10 月 1 号需要执行任务，但是 Calendar 指定了 10 月 1 号是节日（国庆），所以任务在这一天将不会被执行。通常来说，Calendar 用于排除节假日的任务调度，从而使任务只在工作日执行。

二：使用有状态（StatefulJob）还是无状态的任务（Job）

在 Quartz 中，Job 是一个接口，企业应用需要实现这个接口以定义自己的任务。基本来说，任务分为有状态和无状态两种。实现 Job 接口的任务缺省为无状态的。Quartz 中还有另外一个接口 StatefulJob。实现 StatefulJob 接口的任务为有状态的，上一节的简单实例中，我们定义的 SampleJob 就是实现了 StatefulJob 接口的有状态任务。下图列出了 Quartz 中 Job 接口的定义以及一些自带的实现类：

图 14. Quartz 中 Job 接口定义

无状态任务一般指可以并发的任务，即任务之间是独立的，不会互相干扰。例如我们定义一个 trigger，每 2 分钟执行一次，但是某些情况下一个任务可能需要 3 分钟才能执行完，这样，在上一个任务还处在执行状态时，下一次触发时间已经到了。对于无状态任务，只要触发时间到了就会被执行，因为几个相同任务可以并发执行。但是对有状态任务来说，是不能并发执行的，同一时间只能有一个任务在执行。

某些任务需要对数据库中的数据进行增删改处理。这些任务不能并发执行，否则会造成数据混乱。因此我们使用 StatefulJob 接口。现在回到上面的例子，任务每 2 分钟执行一次，若某次任务执行了 5 分钟才完成，Quartz 会怎么处理呢？按照 trigger 的规则，第 2 分钟和第 4 分钟分别会有一次预定的触发执行，但是由于是有状态任务，因此实际不会被触发。在第 5 分钟第一次任务执行完毕时，Quartz 会把第 2 和第 4 分钟的两次触发作为 misfired job 进行处理。对于 misfired job，Quartz 会查看其 misfire 策略是如何设定的，如果是立刻执行，则会马上启动一次执行，如果是等待下次执行，则会忽略错过的任务，而等待下次（即第 6 分钟）触发执行。

三：如何设置 Quartz 的线程池和并发任务

Quartz 中自带了一个线程池的实现：SimpleThreadPool。类如其名，这只是线程池的一个简单实现，没有提供动态自发调整等高级特性。Quartz 提供了一个配置参数：org.quartz.threadPool.threadCount，可以在初始化时设定线程池的线程数量，但是一次设定后不能再修改。假定这个数目是 10，则在并发任务达到 10 个以后，再有触发的任务就无法被执行了，只能等待有空闲线程的时候才能得到执行。因此有些 trigger 就可能被 misfire。但是必须指出一点，这个初始线程数并不是越大越好。当并发线程太多时，系统整体性能反而会下降，因为系统把很多时间花在了线程调度上。根据一般经验，这个值在 10 -- 50 比较合适。

对于一些注重性能的线程池来说，会根据实际线程使用情况进行动态调整，例如初始线程数，最大线程数，空闲线程数等。在应用中，如果有更好的线程池，则可以在配置文件中通过下面参数替换 SimpleThreadPool：org.quartz.threadPool.class = myapp.GreatThreadPool。

四：如何处理 Misfired 任务

在 Quartz 应用中，misfired job 是经常遇到的情况。一般来说，下面这些原因可能造成 misfired job：

1）系统因为某些原因被重启。在系统关闭到重新启动之间的一段时间里，可能有些任务会被 misfire；

2）Trigger 被暂停（suspend）的一段时间里，有些任务可能会被 misfire；

3）线程池中所有线程都被占用，导致任务无法被触发执行，造成 misfire；

4）有状态任务在下次触发时间到达时，上次执行还没有结束；

为了处理 misfired job，Quartz 中为 trigger 定义了处理策略，主要有下面两种：

MISFIRE_INSTRUCTION_FIRE_ONCE_NOW：针对 misfired job 马上执行一次；

MISFIRE_INSTRUCTION_DO_NOTHING：忽略 misfired job，等待下次触发；

建议将该设置作为可配置选项，使得用户可以在使用过程中，针对已经添加的 tirgger 动态配置该选项。

相关资料引用：

https://www.ibm.com/developerworks/cn/opensource/os-cn-quartz/