Spring 定时任务(Schedule) 和线程

Spring 定时任务实例

Spring 中使用定时任务很简单,只需要  @EnableScheudling 注解启用即可,并不要求是一个 Spring Mvc 的项目。对于一个 Spring Boot 项目,使用定时任务的简单方式如下:

pom.xml 中

Application.java

@EnableScheduling 是必须的。默认时定时任务的线程是由 Executors.defaultThreadFactory() 产生的,线程名称是 "pool-NUMBER-thread-...", 关键是线程的 daemon 属性为 false, 阻止了主线程的退出,使得任务能一遍遍执行

SchedulRunner.java

顺带提一下注解 @Scheduled 的各个属性

  1. cron:  以 UN*X 的 cron 的方式定义 job, 如 "0 * * * * NON-FRI"
  2. fixedRate: 每次任务启动时的间隔时间,fixedRateString,意义是一样,只是可以通过外部来定义,如 fixedRateString = "${job1.fixed.rate}"
  3. fixedDelay: 上次任务结束后间隔多少时间再启动下一次任务,这样避免前一个任务尚未结束又启动下一个任务,fixedDelayString 类似 fixedRateString
  4. intialDelay: 程序启动后至任务首次执行时的间隔时间,针对 fixedRate(fixedRateString), fixedDelay(fixedDelayString)
  5. zone: 给 cron 表达式用的时区

注意, 以上的时间都是毫秒

启动这个 Spring Boot 项目,可以看到 job1 每隔五分钟执行一次,并且全部由一个线程来执行

Thread[pool-1-thread-1,5,main], job1@21:57:46.822
Thread[pool-1-thread-1,5,main], job1@21:57:51.831
Thread[pool-1-thread-1,5,main], job1@21:57:56.836
Thread[pool-1-thread-1,5,main], job1@21:58:01.841

居然总是同一个线程

如果我们把上面的 fixedDelay 改成 fixedRate, 并且用 Thread.sleep(20000) 来模拟单次任务耗时 20 秒,试图让上次任务还在进行当中执行下一次任务

执行后,发现事与愿为

Thread[pool-1-thread-1,5,main], job1@21:58:57.564
Thread[pool-1-thread-1,5,main], job1@21:59:17.572
Thread[pool-1-thread-1,5,main], job1@21:59:37.575
Thread[pool-1-thread-1,5,main], job1@21:59:57.580

并非每五秒启动下一个任务,而是每隔  20 秒,原来是只有一个线程来执行所有任务,后面的任务必须等前一个任务释放出了线程才能得到执行。我们可以理解为 Spring 在任务调度时,fixedRate, fixedDelay 或 cron 只是决定提交任务到线程池的时刻,至于真正执行任务的时间就看有没有空闲的线程,因此最终决定于线程池的配置

同样,如果我们在  ScheduleRunner 中声明两个任务(后续的执行输出结果都以这两个任务为例)

执行的效果是下面那样的

Thread[pool-1-thread-1,5,main], job2@22:05:12.236
Thread[pool-1-thread-1,5,main], job1@22:05:12.241
Thread[pool-1-thread-1,5,main], job2@22:05:32.244
Thread[pool-1-thread-1,5,main], job1@22:05:37.246
Thread[pool-1-thread-1,5,main], job2@22:05:57.250
Thread[pool-1-thread-1,5,main], job1@22:06:02.253

也是因为始终只有一个线程的缘故,任务调度无法按照预定的要求,job1 和 job2 不能同时进行,更别说 job1 或是 job2 的前后两次任务同时进行。job2 每次要等待 job1 执行完释放出线程来执行,所以不管 fixedDelay 或 fixedRate 配置多小的时间间隔,中间都至少要等 20 秒。

既然我们知晓了是单一线程的原因,那么再追根究底看看,以及解决办法是什么?

如何创建任务线程的?

查看源代码是最有效的,采用顺藤摸瓜的办法,从 @EnableScheduling 起,在 EnableScheduling 中找到 @see ScheduledAnnotationBeanPostProcessor, 来到 ScheduledAnnotationBeanPostProcessor.setScheduler(Object scheduler) 方法的 JavaDoc

说的是定时任务需要一个线程池(TaskScheduler 或 ScheduledExecutorService) 来执行,Spring 会通过以下顺序去获得 TaskScheduler 或是 ScheduledExecutorService 包装为 TaskScheduler 实例

  1. 类型为 TaskScheduler 的唯一 Bean
  2. 如果第 1 步未找到,或找到多个就尝试查找名称为 "taskScheduler", 类型为 TaskScheduler 的 Bean
  3. 查找类型为 ScheduledExecutorService 的 Bean, 并包装为 TaskScheduler 实例
  4. 如果第 3 步未到,或找到多个就尝试查找 名称为"taskScheduler", 类型为 ScheduledExecutorService 的 Bean, 并包装为 TaskScheduler 实例

也就是可以定一唯的类型为 TaskScheduler 或 ScheduledExecutorService 的 Bean, 或者是名称为 "taskScheduler" 的 TaskScheduler 或 ScheduledExecutorService 实例。

查找 TaskScheduler 的方法是 ScheduledAnnotationBeanPostProcessor.finishRegistration(), 点接该链接查看源代码。

找到了 TaskScheduler 或 ScheduledExecutorService 后设置 Scheduler 的代码如下,在 ScheduledTaskRegistrar 类中

对 ScheduledExecutorService 的包装是通过 ConsurrentTaskScheduler 类。

而在 ScheduledTaskRegistrar 中注册任务是由 scheduleTasks() 实现的,

这才看到为什么默认情况下 Spring 用单线程来执行所有的任务, 因为 Spring 未定义 TaskScheduler 和 ScheduledExecutorService 这两个实例。此名,上面的

Executors.newSingleThreadScheduledExecutor()

最终会调用 Executors.defaultThreadFactory() 来创建 daemon 为 false 的线程。

提供自定义的任务线程池

一般来说,只用一个线程来执行所有的任务是满足不了我们的需求的,除非项目中只有一个任务时的以下两种情况

  • 用 fixedDelay 来配置的
  • fixedRate 或 cron, 并且在时间间隔内每次任务必须能执行完成

知道了来龙去脉,就可以参考上面 1, 2, 3, 4 的顺序来定义一个自己的 TaskScheduler 来 ScheduledExecutorService 实例

  • 类型为 TaskScheduler 或 ScheduledExecutorService 的实例
  • 名称为 "taskScheduler" 的 TaskScheduler 或 ScheduledExecutorService 实例

TaskScheduler 接口有三个实现,分别是 ThreadPoolTaskScheduler, ConcurrentTaskScheduler, 和 DefaultMangedTaskScheduler(继承自 ConsurrentTaskScheduler)

ScheduledExecutorService 接口有两个实现类,分别是 ScheduledThreadPoolExecutor 和  DelegatedScheduledExecutorService

下面是几个例子,可在前面的 Application 类中配置一个 @Bean, 代码如下

再次运行

Thread[taskScheduler-1,5,main], job2@23:21:09.307
Thread[taskScheduler-2,5,main], job1@23:21:09.307
Thread[taskScheduler-1,5,main], job2@23:21:14.315
Thread[taskScheduler-3,5,main], job2@23:21:19.318
Thread[taskScheduler-1,5,main], job2@23:21:24.322
Thread[taskScheduler-1,5,main], job2@23:21:29.326
Thread[taskScheduler-2,5,main], job1@23:21:34.320
Thread[taskScheduler-4,5,main], job2@23:21:34.327

现在分别由不同的的线程来执行各自的任务,互不干涉,每次任务由谁来执行只取决于池中的空闲线程。现在终于是 job1 每 25(20+5) 秒, job2 每 5 秒执行一次。应用中应根据任务间隔与每个任务执行时长来配置线程池的大小。此时线程池的名称是 TaskScheduler Bean 的名称,所以我们想改变线程池名称的话可以命一个新的 Bean 名称,改方法名或是指定 @Bean 的 name 属性,如

那么执行后打印的线程名称是

Thread[TaskPool-2,5,main], job1@23:26:09.330
Thread[TaskPool-1,5,main], job2@23:26:09.330

线程 daemon 应该是 false, 除非主线程自己不退

注意,如果是自己定义的线程池不能把线程的 daemon 设置为 true, 否则主线程很快退出进而整个进程结束,那就不是定时任务了。例如我们声明如下的 taskScheduler

执行程序后的效果可能是这样的

这还比较幸运,任务被执行了一次,进程退出了,也有可能一次任务都无法执行,如果是 fixedDelay 稍长的任务更是不可能得到一次执行的机会进程就退出了。如果你的主线程自己控制了永不退出也是可行的。

这种情况下,我们一般是不会这么干 -- 把线程的 daemon 设置为 true,这也就是为什么 ConcurrentTaskScheduler 接收的是一个 ScheduledExecutorService 参数。

名称 "taskScheduler" 或类型 "ScheduledExecutorService" 来查找相应的 Bean, 如果都没有找到,就会使用默认的单线程的 scheduler 来 执行任务,这就是我们之前看到的效果。

@Scheduled 与 @Async

还是有必要提到一种情况,@Scheduled 和 @Async 是可以共存的。可以试着这么做

  • 给 Application 类加上 @EnableAsync
  • 给 ScheduleRunner 的 job1() 和 job2() 方法加上注解 @Async

执行后

Thread[SimpleAsyncTaskExecutor-1,5,main], job1@00:13:36.763
Thread[SimpleAsyncTaskExecutor-2,5,main], job2@00:13:36.763
Thread[SimpleAsyncTaskExecutor-3,5,main], job1@00:13:41.738
Thread[SimpleAsyncTaskExecutor-4,5,main], job2@00:13:41.738
Thread[SimpleAsyncTaskExecutor-5,5,main], job1@00:13:46.742
Thread[SimpleAsyncTaskExecutor-6,5,main], job2@00:13:46.742

SimpleAsyncTaskExecutor 并不使用线程池来执行任务,而是每次创建新的线程来执行任务,由于 job1() 和 job2() 两方法是异步的,所以 fixedDelay 的效果与 fixedRate 是一样的,因为方法一调用即认为是结束,马上就安排下一次执行的时间。如果想用 fixedDelay 让前后两次任务是有关联的,方法不能为 @Async.


给自己备注一下:

用 @Scheduled 标注的方法最后是包装到  ScheduledMethodRunnable  中被执行的,它是一个 Runnable 接口的实现

Runnable runnable = new ScheduledMethodRunnable(bean, invocableMethod);

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