作者：黃曉萌（學仁）

定時任務是每個業務常見的需求，比如每分鐘掃描超時支付的訂單，每小時清理一次資料庫歷史資料，每天統計前一天的資料並生成報表等等。

## Java 中自帶的解決方案
### 使用 Timer
建立 java.util.TimerTask 任務，在 run 方法中實現業務邏輯。透過 java.util.Timer 進行排程，支援按照固定頻率執行。所有的 TimerTask 是在同一個執行緒中序列執行，相互影響。也就是說，對於同一個 Timer 裡的多個 TimerTask 任務，如果一個 TimerTask 任務在執行中，其它 TimerTask 即使到達執行的時間，也只能排隊等待。如果有異常產生，執行緒將退出，整個定時任務就失敗。

```css
import java.util.Timer;
import java.util.TimerTask;
public class TestTimerTask {   
    public static void main(String[] args) {
        TimerTask timerTask = new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("hell world");
            }
        };
        Timer timer = new Timer();
        timer.schedule(timerTask, 10, 3000);
    }  
}
```

### 使用 ScheduledExecutorService

基於執行緒池設計的定時任務解決方案，每個排程任務都會分配到執行緒池中的一個執行緒去執行，解決 Timer 定時器無法併發執行的問題，支援 fixedRate 和 fixedDelay。

```css
import java.util.Timer;
import java.util.TimerTask;
public class TestTimerTask {   
    public static void main(String[] args) {
        TimerTask timerTask = new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("hell world");
            }
        };
        Timer timer = new Timer();
        timer.schedule(timerTask, 10, 3000);
    }  
}
```

## Spring 中自帶的解決方案

Springboot 中提供了一套輕量級的定時任務工具 Spring Task，透過註解可以很方便的配置，支援 cron 表示式、fixedRate、fixedDelay。

```css
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class TestTimerTask {
    public static void main(String[] args) {
        ScheduledExecutorService ses = Executors.newScheduledThreadPool(5);
        //按照固定頻率執行，每隔5秒跑一次
        ses.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("hello fixedRate");
            }
        }, 0, 5, TimeUnit.SECONDS);
        //按照固定延時執行，上次執行完後隔3秒再跑
        ses.scheduleWithFixedDelay(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("hello fixedDelay");
            }
        }, 0, 3, TimeUnit.SECONDS);
    }
}
```

Spring Task 相對於上面提到的兩種解決方案，最大的優勢就是支援 cron 表示式，可以處理按照標準時間固定週期執行的業務，比如每天幾點幾分執行。

## 業務冪等解決方案
現在的應用基本都是分散式部署，所有機器的程式碼都是一樣的，前面介紹的 Java 和 Spring 自帶的解決方案，都是程式級別的，每臺機器在同一時間點都會執行定時任務。這樣會導致需要業務冪等的定時任務業務有問題，比如每月定時給使用者推送訊息，就會推送多次。

於是，很多應用很自然的就想到了使用分散式鎖的解決方案。即每次定時任務執行之前，先去搶鎖，搶到鎖的執行任務，搶不到鎖的不執行。怎麼搶鎖，又是五花八門，比如使用 DB、zookeeper、redis。

## 使用 DB 或者 Zookeeper 搶鎖
 
使用 DB 或者 Zookeeper 搶鎖的架構差不多，原理如下：
![在這裡插入圖片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/c72afc754446490ca5e2698e1a18e7cb.png?x-oss-process=image/watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBA6Zi_6YeM5be05be05LqR5Y6f55Sf,size_18,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16)

1. 定時時間到了，在回撥方法裡，先去搶鎖。
2. 搶到鎖，則繼續執行方法，沒搶到鎖直接返回。
3. 執行完方法後，釋放鎖。

示例程式碼如下：

```css
import org.springframework.scheduling.annotation.EnableScheduling;
import org.springframework.scheduling.annotation.Scheduled;
import org.springframework.stereotype.Component;
@Component
@EnableScheduling
public class MyTask {
    /**
     * 每分鐘的第30秒跑一次
     */
    @Scheduled(cron = "30 * * * * ?")
    public void task1() throws InterruptedException {
        System.out.println("hello cron");
    }
    /**
     * 每隔5秒跑一次
     */
    @Scheduled(fixedRate = 5000)
    public void task2() throws InterruptedException {
        System.out.println("hello fixedRate");
    }
    /**
     * 上次跑完隔3秒再跑
     */
    @Scheduled(fixedDelay = 3000)
    public void task3() throws InterruptedException {
        System.out.println("hello fixedDelay");
    }
}
```

當前的這個設計，仔細一點的同學可以發現，其實還是有可能導致任務重複執行的。比如任務執行的非常快，A 這臺機器搶到鎖，執行完任務後很快就釋放鎖了。B 這臺機器後搶鎖，還是會搶到鎖，再執行一遍任務。

### 使用 redis 搶鎖

使用 redis 搶鎖，其實架構上和 DB/zookeeper 差不多，不過 redis 搶鎖支援過期時間，不用主動去釋放鎖，並且可以充分利用這個過期時間，解決任務執行過快釋放鎖導致任務重複執行的問題，架構如下：
![在這裡插入圖片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/294a5a4fbbc84646b848405b195d8211.png?x-oss-process=image/watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBA6Zi_6YeM5be05be05LqR5Y6f55Sf,size_18,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16)

示例程式碼如下：

```css
@Component
@EnableScheduling
public class MyTask {
    /**
     * 每分鐘的第30秒跑一次
     */
    @Scheduled(cron = "30 * * * * ?")
    public void task1() throws InterruptedException {
        String lockName = "task1";
        if (tryLock(lockName, 30)) {
            System.out.println("hello cron");
            releaseLock(lockName);
        } else {
            return;
        }
    }
    private boolean tryLock(String lockName, long expiredTime) {
        //TODO
        return true;
    }
    private void releaseLock(String lockName) {
        //TODO
    }
}
```

看到這裡，可能又會有同學有問題，加一個過期時間是不是還是不夠嚴謹，還是有可能任務重複執行？

——的確是的，如果有一臺機器突然長時間的 fullgc，或者之前的任務還沒處理完（Spring Task 和 ScheduledExecutorService 本質還是透過執行緒池處理任務），還是有可能隔了 30 秒再去排程任務的。

### 使用 Quartz
Quartz[1] 是一套輕量級的任務排程框架，只需要定義了 Job（任務），Trigger（觸發器）和 Scheduler（排程器），即可實現一個定時排程能力。支援基於資料庫的叢集模式，可以做到任務冪等執行。
![在這裡插入圖片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/614547c7d6124642b288cfb584a98417.png)

Quartz 支援任務冪等執行，其實理論上還是搶 DB 鎖，我們看下 quartz 的表結構：

![在這裡插入圖片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/4c6b2899488749fa80d16a76f8e8002a.png?x-oss-process=image/watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBA6Zi_6YeM5be05be05LqR5Y6f55Sf,size_20,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16#pic_center)

其中，QRTZ_LOCKS 就是 Quartz 叢集實現同步機制的行鎖表，其表結構如下：

可以看出 QRTZ_LOCKS 中有 5 條記錄，代表 5 把鎖，分別用於實現多個 Quartz Node 對 Job、Trigger、Calendar 訪問的同步控制。

## 開源任務排程中介軟體

上面提到的解決方案，在架構上都有一個問題，那就是每次排程都需要搶鎖，特別是使用 DB 和 Zookeeper 搶鎖，效能會比較差，一旦任務量增加到一定的量，就會有比較明顯的排程延時。還有一個痛點，就是業務想要修改排程配置，或者增加一個任務，得修改程式碼重新發布應用。

於是開源社群湧現了一堆任務排程中介軟體，透過任務排程系統進行任務的建立、修改和排程，這其中國內最火的就是 XXL-JOB 和 ElasticJob。
 
 ### ElasticJob
 
ElasticJob[2] 是一款基於 Quartz 開發，依賴 Zookeeper 作為註冊中心、輕量級、無中心化的分散式任務排程框架，目前已經透過 Apache 開源。

ElasticJob 相對於 Quartz 來說，從功能上最大的區別就是支援分片，可以將一個任務分片引數分發給不同的機器執行。架構上最大的區別就是使用 Zookeeper 作為註冊中心，不同的任務分配給不同的節點排程，不需要搶鎖觸發，效能上比 Quartz 上強大很多，架構圖如下：
![在這裡插入圖片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/c5f76847ec504491901980e393bea7b9.png?x-oss-process=image/watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBA6Zi_6YeM5be05be05LqR5Y6f55Sf,size_20,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16)

開發上也比較簡單，和 springboot 結合比較好，可以在配置檔案定義任務如下：

```css
elasticjob:
  regCenter:
    serverLists: localhost:2181
    namespace: elasticjob-lite-springboot
  jobs:
    simpleJob:
      elasticJobClass: org.apache.shardingsphere.elasticjob.lite.example.job.SpringBootSimpleJob
      cron: 0/5 * * * * ?
      timeZone: GMT+08:00
      shardingTotalCount: 3
      shardingItemParameters: 0=Beijing,1=Shanghai,2=Guangzhou
    scriptJob:
      elasticJobType: SCRIPT
      cron: 0/10 * * * * ?
      shardingTotalCount: 3
      props:
        script.command.line: "echo SCRIPT Job: "
    manualScriptJob:
      elasticJobType: SCRIPT
      jobBootstrapBeanName: manualScriptJobBean
      shardingTotalCount: 9
      props:
        script.command.line: "echo Manual SCRIPT Job: "
```

實現任務介面如下：

```css
@Component
public class SpringBootShardingJob implements SimpleJob {
    @Override
    public void execute(ShardingContext context) {
        System.out.println("分片總數="+context.getShardingTotalCount() + ", 分片號="+context.getShardingItem()
            + ", 分片引數="+context.getShardingParameter());
    }
```

執行結果如下：

```css
分片總數=3, 分片號=0, 分片引數=Beijing
分片總數=3, 分片號=1, 分片引數=Shanghai
分片總數=3, 分片號=2, 分片引數=Guangzhou
```

同時，ElasticJob 還提供了一個簡單的 UI，可以檢視任務的列表，同時支援修改、觸發、停止、生效、失效操作。
![在這裡插入圖片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/b75b96c09a9a482c9716df273e069cd8.png?x-oss-process=image/watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBA6Zi_6YeM5be05be05LqR5Y6f55Sf,size_20,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16)

遺憾的是，ElasticJob 暫不支援動態建立任務。

###  XXL-JOB

XXL-JOB[3] 是一個開箱即用的輕量級分散式任務排程系統，其核心設計目標是開發迅速、學習簡單、輕量級、易擴充套件，在開源社群廣泛流行。

XXL-JOB 是 Master-Slave 架構，Master 負責任務的排程，Slave 負責任務的執行，架構圖如下：
![在這裡插入圖片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/e3843c207b2543ae932a4e8d0ecce8cb.png?x-oss-process=image/watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBA6Zi_6YeM5be05be05LqR5Y6f55Sf,size_20,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16)

XXL-JOB 接入也很方便，不同於 ElasticJob 定義任務實現類，是透過@XxlJob 註解定義 JobHandler。

```css
@Component
public class SampleXxlJob {
    private static Logger logger = LoggerFactory.getLogger(SampleXxlJob.class);
    /**
     * 1、簡單任務示例（Bean模式）
     */
    @XxlJob("demoJobHandler")
    public ReturnT<string> demoJobHandler(String param) throws Exception {
        XxlJobLogger.log("XXL-JOB, Hello World.");
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            XxlJobLogger.log("beat at:" + i);
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        }
        return ReturnT.SUCCESS;
    }
    /**
     * 2、分片廣播任務
     */
    @XxlJob("shardingJobHandler")
    public ReturnT<string> shardingJobHandler(String param) throws Exception {
        // 分片引數
        ShardingUtil.ShardingVO shardingVO = ShardingUtil.getShardingVo();
        XxlJobLogger.log("分片引數：當前分片序號 = {}, 總分片數 = {}", shardingVO.getIndex(), shardingVO.getTotal());
        // 業務邏輯
        for (int i = 0; i < shardingVO.getTotal(); i++) {
            if (i == shardingVO.getIndex()) {
                XxlJobLogger.log("第 {} 片, 命中分片開始處理", i);
            } else {
                XxlJobLogger.log("第 {} 片, 忽略", i);
            }
        }
        return ReturnT.SUCCESS;
    }
}
```

XXL-JOB 相較於 ElasticJob，最大的特點就是功能比較豐富，可運維能力比較強，不但支援控制檯動態建立任務，還有排程日誌、執行報表等功能。
![在這裡插入圖片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/0917fce6a40d4ed2874e2d2176bf0c2b.png?x-oss-process=image/watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBA6Zi_6YeM5be05be05LqR5Y6f55Sf,size_20,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16)
![在這裡插入圖片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/2aaa16c1864146c0b9a509cdde81f1d8.png?x-oss-process=image/watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBA6Zi_6YeM5be05be05LqR5Y6f55Sf,size_20,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16)

XXL-JOB 的歷史記錄、執行報表和排程日誌，都是基於資料庫實現的：

![在這裡插入圖片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/534f7a14bcc54e7a9851bbee46340de6.png?x-oss-process=image/watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBA6Zi_6YeM5be05be05LqR5Y6f55Sf,size_20,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16)

由此可以看出，XXL-JOB 所有功能都依賴資料庫，且排程中心不支援分散式架構，在任務量和排程量比較大的情況下，會有效能瓶頸。不過如果對任務量級、高可用、監控報警、視覺化等沒有過高要求的話，XXL-JOB 基本可以滿足定時任務的需求。

## 企業級解決方案

開源軟體只能提供基礎的排程能力，在監管控上的能力一般都比較弱。比如日誌服務，業界往往使用 ELK 解決方案；簡訊報警，需要有簡訊平臺；監控大盤，現在主流的解決方案是 Prometheus；等等。企業想要有這些能力，不但需要額外的開發成本，還需要昂貴的資源成本。

另外使用開源軟體也伴隨著穩定性的風險，就是出了問題沒人能處理，想要反饋到社群等社群處理，這個鏈路太長了，早就產生故障了。

阿里雲任務排程 SchedulerX[4] 是阿里巴巴自研的基於 Akka 架構的一站式任務排程平臺，相容開源 XXL-JOB、ElasticJob、Quartz（規劃中），支援 Cron 定時、一次性任務、任務編排、分散式跑批，具有高可用、視覺化、可運維、低延時等能力，自帶企業級監控大盤、日誌服務、簡訊報警等服務。

### 優勢
**安全防護**

• 多層次安全防護：支援 HTTPS 和 VPC 訪問，同時還有阿里雲的多層安全防護，防止惡意攻擊。
• 多租戶隔離機制：支援多地域、名稱空間和應用級別的隔離。
• 許可權管控：支援控制檯讀寫的許可權管理，客戶端接入的鑑權。

**企業級高可用**
SchedulerX2.0 採用高可用架構，任務多備份機制，經歷阿里集團多年雙十一、容災演練，可以做到任意一個機房掛了，任務排程都不會收到影響。

**商業級報警運維**
• 報警：支援郵件、釘釘、簡訊、電話，（其他報警方式在規劃中）。支援任務失敗、超時、無可用機器報警。報警內容可以直接看出任務失敗的原因，以釘釘機器人為例。
![在這裡插入圖片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/78bbe3256a254a768bd156a781b00822.png?x-oss-process=image/watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBA6Zi_6YeM5be05be05LqR5Y6f55Sf,size_20,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16)

• 運維操作：原地重跑、重刷資料、標記成功、檢視堆疊、停止任務、指定機器等。
![在這裡插入圖片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/1f2606af657d48239cc63c65c2763fa3.png?x-oss-process=image/watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBA6Zi_6YeM5be05be05LqR5Y6f55Sf,size_20,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16)

**豐富的視覺化**
schedulerx 擁有豐富的視覺化能力，比如：

• 使用者大盤
![在這裡插入圖片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/81acf4c308e44747a4560faf008a4a00.png?x-oss-process=image/watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBA6Zi_6YeM5be05be05LqR5Y6f55Sf,size_20,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16)

• 檢視任務歷史執行記錄

![在這裡插入圖片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/c86bbd9444a74555819dd78a8e04170d.png?x-oss-process=image/watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBA6Zi_6YeM5be05be05LqR5Y6f55Sf,size_20,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16)

• 檢視任務執行日誌

![在這裡插入圖片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/e8ac1fe53dc14c059a30a0d1d59a0848.png?x-oss-process=image/watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBA6Zi_6YeM5be05be05LqR5Y6f55Sf,size_20,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16)

• 檢視任務執行堆疊

![在這裡插入圖片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/58605f933e0b445eab19adb5b3b9ffab.png?x-oss-process=image/watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBA6Zi_6YeM5be05be05LqR5Y6f55Sf,size_20,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16)

• 檢視任務操作記錄

![在這裡插入圖片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/149ec5d43cc0467aab93a92815cdf5cc.png?x-oss-process=image/watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBA6Zi_6YeM5be05be05LqR5Y6f55Sf,size_20,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16)

**相容開源**
Schedulerx 相容開源 XXL-JOB、ElasticJob、Quartz（規劃中），業務不需要改一行程式碼，即可以將任務託管在 SchedulerX 排程平臺，享有企業級視覺化和報警的能力。

![在這裡插入圖片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/4c670316e917499d9316a0fff3663a8a.png?x-oss-process=image/watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBA6Zi_6YeM5be05be05LqR5Y6f55Sf,size_20,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16)

**Spring 原生**
SchedulerX 支援透過控制檯和 API 動態建立任務，也支援 Spring 宣告式任務定義，一份任務配置可以拿到任何環境一鍵啟動，配置如下：

```css
spring:
   schedulerx2:
      endpoint: acm.aliyun.com   #請填寫不同regin的endpoint
      namespace: 433d8b23-06e9-xxxx-xxxx-90d4d1b9a4af #region內全域性唯一，建議使用UUID生成
      namespaceName: 學仁測試
      appName: myTest
      groupId: myTest.group      #同一個名稱空間下需要唯一
      appKey: myTest123@alibaba  #應用的key，不要太簡單，注意保管好
      regionId: public           #填寫對應的regionId
      aliyunAccessKey: xxxxxxx   #阿里雲賬號的ak
      aliyunSecretKey: xxxxxxx   #阿里雲賬號的sk
      alarmChannel: sms,ding     #報警通道：簡訊和釘釘
      jobs: 
         simpleJob: 
            jobModel: standalone
            className: com.aliyun.schedulerx.example.processor.SimpleJob
            cron: 0/30 * * * * ?   # cron表示式
            jobParameter: hello
            overwrite: true 
         shardingJob: 
            jobModel: sharding
            className: ccom.aliyun.schedulerx.example.processor.ShardingJob
            oneTime: 2022-06-02 12:00:00   # 一次性任務表示式
            jobParameter: 0=Beijing,1=Shanghai,2=Guangzhou
            overwrite: true
         broadcastJob:   # 不填寫cron和oneTime，表示api任務
            jobModel: broadcast
            className: com.aliyun.schedulerx.example.processor.BroadcastJob
            jobParameter: hello
            overwrite: true
         mapReduceJob: 
            jobModel: mapreduce
            className: com.aliyun.schedulerx.example.processor.MapReduceJob
            cron: 0 * * * * ?
            jobParameter: 100
            overwrite: true
      alarmUsers:     #報警聯絡人
         user1:
            userName: 張三
            userPhone: 12345678900
         user2:
            userName: 李四
            ding: https://oapi.dingtalk.com/robot/send?access_token=xxxxx
```

**分散式跑批**

SchedulerX 提供了豐富的分散式模型，可以處理各種各樣的分散式業務場景。包括單機、廣播、分片、MapReduce[5] 等，架構如下：
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SchedulerX 的 MapReduce 模型，簡單幾行程式碼，就可以將海量任務分散式到多臺機器跑批，相對於大資料跑批來說，具有速度快、資料安全、成本低、簡單易學等特點。

**任務編排**

SchedulerX 透過工作流進行任務編排，並且提供了一個視覺化的介面，操作簡單，拖拖拽拽即可配置一個工作流。詳細的任務狀態圖能一目瞭然看到下游任務為什麼沒跑，方便定位問題。
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**可搶佔的任務優先順序佇列**

常見場景是夜間離線報表業務，比如很多報表任務是晚上 1、2 點開始跑，要控制應用最大併發的任務數量（否則業務扛不住），達到併發上限的任務會在佇列中等待。同時要求早上 9 點前必須把 KPI 報表跑出來，可以設定 KPI 任務高優先順序，會搶佔低優先順序任務優先排程。

SchedulerX 支援可搶佔的任務優先順序佇列，可以在控制檯動態配置：
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**Q&A**

1. Kubernetes 應用可以接入 SchedulerX 嗎？
——可以的，無論是物理機、容器、還是 Kubernetes pod，都可以接入 SchedulerX。
2. 我的應用不在阿里雲上，可否使用 SchedulerX？
——可以的，任何雲平臺或者本地機器，只要能訪問公網，都可以接入 SchedulerX。</string></string>

Java 定時任務技術趨勢

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