Quartz如何服务于Java中的定时任务？

前言

在企业应用中，经常会遇到定时任务场景，比如每天定时3点发送一份统计邮件，订票平台10分钟后自动取消未支付的订单，会员权益的定时取消等等。如果你的项目为多线程分布式架构，或者需要对定时任务进行动态管理，例如任务的启动、暂停、恢复、停止和触发时间修改，那么Quartz非常适合你。本文将介绍Quartz的内部工作原理和实例应用，帮助开发者更好的理解和运用这一强大的框架。

初识Quartz内部结构

Quartz是Java定时领域的一套轻量级任务调度框架，由OpenSymphony（一个开源组织）开发，并对其进行了较为解耦的设计。目前公司使用较多的定时任务框架为XXL-Job，Elastic-Job，也都是基于Quartz进行二次开发。Elastic-Job诞生于2015年，当时业界虽然有Quartz等优秀的定时任务框架，但缺乏分布式方面的应用。Elastic-Job的出现，通过将同一任务分配在不同节点运行，实现分布式调度，有效的填充了作业在分布式调度领域的短板，并且增加了大量的任务监控和管理功能。而XXL-Job可以说是Quartz的一个增强版，其弥补了Quartz不支持并行调度、不支持任务失败处理和任务分片等不足，具有作业管理界面，上手也比较容易。

Quartz作为Java定时任务框架的鼻祖，具有丰富的调度模式和强大的可扩展性，而且很容易集成到Spring中去，用来执行业务任务是一个很好的选择。因此，了解Quartz的内部结构，是研发人员开发定时任务的关键。以下是Quartz体系的结构图：

Quartz主要由三大部分组成：分别是任务(JobDetail)、触发器(Trigger)以及调度器(Scheduler)。

1. Job：接口只有一个execute方法，用于编写具体的定时任务内容，当调度器需要执行Job时创建实例，调用完成后，释放实例。
2. JobDetail：用来描述Job实例的详细信息，包括实例的name和group名称。每次执行任务时，都会根据JobDetail创建一个Job对象，避免任务并发执行时访问同一个对象产生问题。
3. Trigger：触发器，定义任务执行的时间规则，需要和一个JobDetail关联起来，一个任务可以对应多个触发器，但一个触发器只能对应对应一个任务。触发器时间设置最常用的是SimpleTrigger和CronTrigger，一般来说，如果在一个固定的时间或者时间间隔内，那么SimpleTrigger比较适合，如果有许多复杂的任务调度，那么基于Cron表达式的触发器CronTrigger比较合适。
4. Scheduler：代表一个Quartz独立运行容器，当Scheduler Factory工厂创建一个Scheduler容器时，可以监听任务和触发器，并将JobDetail和Trigger结合起来，注册到容器当中，使定时任务被执行。Scheduler 的任务状态包括创建、启动、暂停和重试。

在存储器中，有两种任务数据存储方式，RAMJobStore支持将任务数据存储在内存中，存取速度非常快，但当服务器中断再重启时，无法恢复任务继续执行，而JobStoreSupport是将任务存储于数据库中，当服务器中断了再次重启时，任务还是会接着上次继续执行，能够达到数据持久化的效果。

实现一个Quartz样例

在我们实际的项目中，当定时任务过多的时候，肯定不能人工去操作，这时候就需要一个任务调度框架，帮我们自动去执行这些程序。那么该如何实现这个功能呢？

Quartz框架的使用方法，也是依据三大组件展开，分别是对任务方法、触发器和调度器的创建。 首先，编写定时任务逻辑，创建一个定时任务类QuartzDemo，打印出当前执行时间：

public class QuartzDemo implements Job{

  // 任务触发时所执行的方法

    public void execute (JobExecutionContext context) throws JobExecutionException {

        //输出当前时间

        System.out.println("任务调度" + new Date());

    }

}

然后，创建定时任务启动类代码。对三大组件进行封装，设置相关属性，这里Job和Trigger使用用建造者模式封装，通过Scheduler对两者进行整合。代码如下：

public class QuartzShceduleDemo {

    public static void main(String[] args) throws Exception{

        //1.Job

        JobDetail job = JobBuilder.newJob(QuartzDemo.class)

                .withIdentity("job1","group1")

                .build();

        //2.Trigger触发方式，第一种：通过Quartz提供方法完成简单的重复调用

        //Trigger trigger = TriggerBuilder.newTrigger().withSchedule(SimpleScheduleBuilder.repeatSecondlyForever()).build();

        //第二种：按照cron的表达式来给定触发时间

        Trigger trigger = TriggerBuilder.newTrigger()

                .withIdentity("trigger1","group1")

                .withSchedule(CronScheduleBuilder.cronSchedule("0/2 * * * * ?"))

                .build();

        //3.scheduler，将上面的job和trigger进行组装

        Scheduler scheduler= StdSchedulerFactory.getDefaultScheduler();

        scheduler.scheduleJob(job,trigger);

        //4.启动

        scheduler.start();

    }

}

在这里，我们给出了两种触发器的时间触发策略，一种是Simple Trigger实现简单的重复调用，另一种是基于Cron的表达式时间触发。CronTrigger通常比Simple Trigger使用频率更高，如果需要基于日历的概念而不是像Simple Trigger那样固定时间间隔和次数进行定时任务，则推荐使用CronTrigger，例如“每天早上9点”或者“每周五9点至10点每隔五分钟运行一次”。

常用的Cron表达式，例如：

具体可以使用在线Cron表达式生成器生成自己想要的表达式。

最后，定时任务的运行结果为：

Quartz框架适用场景及其实现

在实际应用中，当多线程并发访问时，遇到一个定时任务没执行结束，另一个定时任务到时间了却无法执行，极有可能产生并发问题，而Quartz框架中的Scheduler每次执行，都会根据JobDetail创建一个新实例，不必等待上一次任务执行完毕，只要间隔时间到就会执行，这样就避免了任务堵塞，并发访问的问题。除此之外，Quartz框架还支持以下场景：

多线程任务调度管理：

相对于只能单线程运行的Spring-task来说，Quartz框架可支持多线程任务调度，任务之间互不干扰执行，且支持任务的启动、删除等多种调度管理方式。

支持集群模式：

如下图Quartz的分布式架构所示，在一个包含3个节点的任务调度模块中，各个节点相互独立，互不通信，数据库作为各节点上调度器的枢纽，来确定节点的任务是否执行。当监测到节点1停止运行时，任务会切换至正常运行的服务器节点上继续运行，这就实现了无论集群中有多少应用实例，定时任务只触发一次的效果，且任务A，B，C采用轮询机制执行，在集群之间能够形成负载均衡，提高了节点性能。

由于Quartz集群依赖于数据库，所以项目中要想实现集群模式，必须首先创建quartz数据库表，数据库表的建表语句可以在quartz下载包中找到并执行。作为实现集群模式的核心步骤，需要为每个实例创建相同的quartz.properites配置文件，我们给出了此集群配置文件的示例。其中，org.quartz.jobStore.class属性为JobStoreTX，表示任务持久化到数据库中，这是因为集群中各节点依赖于数据库来传播Scheduler 实例的状态。“org.quartz.jobStore.isClustered”的属性设置为“true”表示启用集群，最后在项目中，可通过创建一个配置类，将配置文件的相关属性值引入进来。

任务持久化：

如果创建了一个定时任务，这时候服务突然崩掉了，再启动时该做的事情没有做（比如某些数据的回退），就会留下脏数据在系统里面。因此在创建定时任务的时候可以对任务进行持久化存储，遇到服务突然崩掉时，能够在系统启动的时候，把之前没删除的定时任务再装载进来继续执行。

而Quartz持久化的实现，通常涉及任务存储的文件配置和数据库表的创建，即在配置文件中添加：“spring.quartz.job-store-type=jdbc”一行，指定使用JDBC JobStore将任务存储在数据库（如MySQL）中，另外在代码中定义任务JobDetail时，则需要将其持久化属性设置为true。

结束语

总的来说，不同的的定时任务存在于互联网应用中各个角落，Quartz作为Spring默认的任务调度框架，能够统一将这些作业管理起来，为分布式项目提供强大的任务调度功能。对于希望优化资源分配和扩展应用功能的Java开发者而言，掌握Quartz的使用也将会极大的提升开发效率。