几种任务调度的 Java 实现方法与比较

http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-taskschedule/

简介： 综观目前的 Web 应用，多数应用都具备任务调度的功能。本文由浅入深介绍了几种任务调度的 Java 实现方法，包括 Timer，Scheduler, Quartz 以及 JCron Tab，并对其优缺点进行比较，目的在于给需要开发任务调度的程序员提供有价值的参考。

任务调度是指基于给定时间点，给定时间间隔或者给定执行次数自动执行任务。本文由浅入深介绍四种任务调度的 Java 实现：

• Timer
• ScheduledExecutor
• 开源工具包 Quartz
• 开源工具包 JCronTab

此外，为结合实现复杂的任务调度，本文还将介绍 Calendar 的一些使用方法。

Timer

相信大家都已经非常熟悉 java.util.Timer 了，它是最简单的一种实现任务调度的方法，下面给出一个具体的例子：

  package com.ibm.scheduler;  import java.util.Timer;  import java.util.TimerTask;  public class TimerTest extends TimerTask {  private String jobName = "";  public TimerTest(String jobName) {  super();  this.jobName = jobName;  }  @Override  public void run() {  System.out.println("execute " + jobName);  }  public static void main(String[] args) {  Timer timer = new Timer();  long delay1 = 1 * 1000;  long period1 = 1000;  // 从现在开始 1 秒钟之后，每隔 1 秒钟执行一次 job1  timer.schedule(new TimerTest("job1"), delay1, period1);  long delay2 = 2 * 1000;  long period2 = 2000;  // 从现在开始 2 秒钟之后，每隔 2 秒钟执行一次 job2  timer.schedule(new TimerTest("job2"), delay2, period2);  }  }  Output:  execute job1  execute job1  execute job2  execute job1  execute job1  execute job2 

使用 Timer 实现任务调度的核心类是 Timer 和 TimerTask。其中 Timer 负责设定 TimerTask 的起始与间隔执行时间。使用者只需要创建一个 TimerTask 的继承类，实现自己的 run 方法，然后将其丢给 Timer 去执行即可。

Timer 的设计核心是一个 TaskList 和一个 TaskThread。Timer 将接收到的任务丢到自己的 TaskList 中，TaskList 按照 Task 的最初执行时间进行排序。TimerThread 在创建 Timer 时会启动成为一个守护线程。这个线程会轮询所有任务，找到一个最近要执行的任务，然后休眠，当到达最近要执行任务的开始时间点，TimerThread 被唤醒并执行该任务。之后 TimerThread 更新最近一个要执行的任务，继续休眠。

Timer 的优点在于简单易用，但由于所有任务都是由同一个线程来调度，因此所有任务都是串行执行的，同一时间只能有一个任务在执行，前一个任务的延迟或异常都将会影响到之后的任务。

ScheduledExecutor

鉴于 Timer 的上述缺陷，Java 5 推出了基于线程池设计的 ScheduledExecutor。其设计思想是，每一个被调度的任务都会由线程池中一个线程去执行，因此任务是并发执行的，相互之间不会受到干扰。需要注意的是，只有当任务的执行时间到来时，ScheduedExecutor 才会真正启动一个线程，其余时间 ScheduledExecutor 都是在轮询任务的状态。

package com.ibm.scheduler;import java.util.concurrent.Executors;import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;import java.util.concurrent.TimeUnit;public class ScheduledExecutorTest implements Runnable {private String jobName = "";public ScheduledExecutorTest(String jobName) {super();this.jobName = jobName;}@Overridepublic void run() {System.out.println("execute " + jobName);}public static void main(String[] args) {ScheduledExecutorService service = Executors.newScheduledThreadPool(10);long initialDelay1 = 1;long period1 = 1;        // 从现在开始1秒钟之后，每隔1秒钟执行一次job1service.scheduleAtFixedRate(        new ScheduledExecutorTest("job1"), initialDelay1,period1, TimeUnit.SECONDS);long initialDelay2 = 1;long delay2 = 1;        // 从现在开始2秒钟之后，每隔2秒钟执行一次job2service.scheduleWithFixedDelay(        new ScheduledExecutorTest("job2"), initialDelay2,delay2, TimeUnit.SECONDS);}}Output:execute job2execute job1execute job2execute job1execute job2execute job1

清单 2 展示了 ScheduledExecutorService 中两种最常用的调度方法 ScheduleAtFixedRate 和 ScheduleWithFixedDelay。ScheduleAtFixedRate 每次执行时间为上一次任务开始起向后推一个时间间隔，即每次执行时间为 :initialDelay, initialDelay+period, initialDelay+2*period, …；ScheduleWithFixedDelay 每次执行时间为上一次任务结束起向后推一个时间间隔，即每次执行时间为：initialDelay, initialDelay+executeTime+delay, initialDelay+2*executeTime+2*delay。由此可见，ScheduleAtFixedRate 是基于固定时间间隔进行任务调度，ScheduleWithFixedDelay 取决于每次任务执行的时间长短，是基于不固定时间间隔进行任务调度。

Timer 和 ScheduledExecutor 都仅能提供基于开始时间与重复间隔的任务调度，不能胜任更加复杂的调度需求。比如，设置每星期二的 16:38:10 执行任务。该功能使用 Timer 和 ScheduledExecutor 都不能直接实现，但我们可以借助 Calendar 间接实现该功能。

package com.ibm.scheduler;import java.util.Calendar;import java.util.Date;import java.util.TimerTask;import java.util.concurrent.Executors;import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;import java.util.concurrent.TimeUnit;public class ScheduledExceutorTest2 extends TimerTask {private String jobName = "";public ScheduledExceutorTest2(String jobName) {super();this.jobName = jobName;}@Overridepublic void run() {System.out.println("Date = "+new Date()+", execute " + jobName);}/** * 计算从当前时间currentDate开始，满足条件dayOfWeek, hourOfDay,  * minuteOfHour, secondOfMinite的最近时间 * @return */public Calendar getEarliestDate(Calendar currentDate, int dayOfWeek,int hourOfDay, int minuteOfHour, int secondOfMinite) {//计算当前时间的WEEK_OF_YEAR,DAY_OF_WEEK, HOUR_OF_DAY, MINUTE,SECOND等各个字段值int currentWeekOfYear = currentDate.get(Calendar.WEEK_OF_YEAR);int currentDayOfWeek = currentDate.get(Calendar.DAY_OF_WEEK);int currentHour = currentDate.get(Calendar.HOUR_OF_DAY);int currentMinute = currentDate.get(Calendar.MINUTE);int currentSecond = currentDate.get(Calendar.SECOND);//如果输入条件中的dayOfWeek小于当前日期的dayOfWeek,则WEEK_OF_YEAR需要推迟一周boolean weekLater = false;if (dayOfWeek < currentDayOfWeek) {weekLater = true;} else if (dayOfWeek == currentDayOfWeek) {//当输入条件与当前日期的dayOfWeek相等时，如果输入条件中的//hourOfDay小于当前日期的//currentHour，则WEEK_OF_YEAR需要推迟一周if (hourOfDay < currentHour) {weekLater = true;} else if (hourOfDay == currentHour) {                 //当输入条件与当前日期的dayOfWeek, hourOfDay相等时，                 //如果输入条件中的minuteOfHour小于当前日期的//currentMinute，则WEEK_OF_YEAR需要推迟一周if (minuteOfHour < currentMinute) {weekLater = true;} else if (minuteOfHour == currentSecond) {                     //当输入条件与当前日期的dayOfWeek, hourOfDay，                      //minuteOfHour相等时，如果输入条件中的                    //secondOfMinite小于当前日期的currentSecond，                    //则WEEK_OF_YEAR需要推迟一周if (secondOfMinite < currentSecond) {weekLater = true;}}}}if (weekLater) {//设置当前日期中的WEEK_OF_YEAR为当前周推迟一周currentDate.set(Calendar.WEEK_OF_YEAR, currentWeekOfYear + 1);}// 设置当前日期中的DAY_OF_WEEK,HOUR_OF_DAY,MINUTE,SECOND为输入条件中的值。currentDate.set(Calendar.DAY_OF_WEEK, dayOfWeek);currentDate.set(Calendar.HOUR_OF_DAY, hourOfDay);currentDate.set(Calendar.MINUTE, minuteOfHour);currentDate.set(Calendar.SECOND, secondOfMinite);return currentDate;}public static void main(String[] args) throws Exception {ScheduledExceutorTest2 test = new ScheduledExceutorTest2("job1");//获取当前时间Calendar currentDate = Calendar.getInstance();long currentDateLong = currentDate.getTime().getTime();System.out.println("Current Date = " + currentDate.getTime().toString());//计算满足条件的最近一次执行时间Calendar earliestDate = test.getEarliestDate(currentDate, 3, 16, 38, 10);long earliestDateLong = earliestDate.getTime().getTime();System.out.println("Earliest Date = "+ earliestDate.getTime().toString());//计算从当前时间到最近一次执行时间的时间间隔long delay = earliestDateLong - currentDateLong;//计算执行周期为一星期long period = 7 * 24 * 60 * 60 * 1000;ScheduledExecutorService service = Executors.newScheduledThreadPool(10);//从现在开始delay毫秒之后，每隔一星期执行一次job1service.scheduleAtFixedRate(test, delay, period,TimeUnit.MILLISECONDS);}} Output:Current Date = Wed Feb 02 17:32:01 CST 2011Earliest Date = Tue Feb 8 16:38:10 CST 2011Date = Tue Feb 8 16:38:10 CST 2011, execute job1Date = Tue Feb 15 16:38:10 CST 2011, execute job1

清单 3 实现了每星期二 16:38:10 调度任务的功能。其核心在于根据当前时间推算出最近一个星期二 16:38:10 的绝对时间，然后计算与当前时间的时间差，作为调用 ScheduledExceutor 函数的参数。计算最近时间要用到 java.util.calendar 的功能。首先需要解释 calendar 的一些设计思想。Calendar 有以下几种唯一标识一个日期的组合方式：

 YEAR + MONTH + DAY_OF_MONTH  YEAR + MONTH + WEEK_OF_MONTH + DAY_OF_WEEK  YEAR + MONTH + DAY_OF_WEEK_IN_MONTH + DAY_OF_WEEK  YEAR + DAY_OF_YEAR  YEAR + DAY_OF_WEEK + WEEK_OF_YEAR 

上述组合分别加上 HOUR_OF_DAY + MINUTE + SECOND 即为一个完整的时间标识。本例采用了最后一种组合方式。输入为 DAY_OF_WEEK, HOUR_OF_DAY, MINUTE, SECOND 以及当前日期 , 输出为一个满足 DAY_OF_WEEK, HOUR_OF_DAY, MINUTE, SECOND 并且距离当前日期最近的未来日期。计算的原则是从输入的 DAY_OF_WEEK 开始比较，如果小于当前日期的 DAY_OF_WEEK，则需要向 WEEK_OF_YEAR 进一， 即将当前日期中的 WEEK_OF_YEAR 加一并覆盖旧值；如果等于当前的 DAY_OF_WEEK, 则继续比较 HOUR_OF_DAY；如果大于当前的 DAY_OF_WEEK，则直接调用 java.util.calenda 的 calendar.set(field, value) 函数将当前日期的 DAY_OF_WEEK, HOUR_OF_DAY, MINUTE, SECOND 赋值为输入值，依次类推，直到比较至 SECOND。读者可以根据输入需求选择不同的组合方式来计算最近执行时间。

可以看出，用上述方法实现该任务调度比较麻烦，这就需要一个更加完善的任务调度框架来解决这些复杂的调度问题。幸运的是，开源工具包 Quartz 与 JCronTab 提供了这方面强大的支持。

Quartz 可以满足更多更复杂的调度需求，首先让我们看看如何用 Quartz 实现每星期二 16:38 的调度安排：

  package com.ibm.scheduler;import java.util.Date;import org.quartz.Job;import org.quartz.JobDetail;import org.quartz.JobExecutionContext;import org.quartz.JobExecutionException;import org.quartz.Scheduler;import org.quartz.SchedulerFactory;import org.quartz.Trigger;import org.quartz.helpers.TriggerUtils;public class QuartzTest implements Job {@Override//该方法实现需要执行的任务public void execute(JobExecutionContext arg0) throws JobExecutionException {System.out.println("Generating report - "+ arg0.getJobDetail().getFullName() + ", type ="+ arg0.getJobDetail().getJobDataMap().get("type"));System.out.println(new Date().toString());}public static void main(String[] args) {try {// 创建一个SchedulerSchedulerFactory schedFact = new org.quartz.impl.StdSchedulerFactory();Scheduler sched = schedFact.getScheduler();sched.start();// 创建一个JobDetail，指明name，groupname，以及具体的Job类名，//该Job负责定义需要执行任务JobDetail jobDetail = new JobDetail("myJob", "myJobGroup",QuartzTest.class);jobDetail.getJobDataMap().put("type", "FULL");            // 创建一个每周触发的Trigger，指明星期几几点几分执行Trigger trigger = TriggerUtils.makeWeeklyTrigger(3, 16, 38);trigger.setGroup("myTriggerGroup");// 从当前时间的下一秒开始执行trigger.setStartTime(TriggerUtils.getEvenSecondDate(new Date()));// 指明trigger的nametrigger.setName("myTrigger");// 用scheduler将JobDetail与Trigger关联在一起，开始调度任务sched.scheduleJob(jobDetail, trigger);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}} Output:Generating report - myJobGroup.myJob, type =FULLTue Feb 8 16:38:00 CST 2011Generating report - myJobGroup.myJob, type =FULLTue Feb 15 16:38:00 CST 2011

清单 4 非常简洁地实现了一个上述复杂的任务调度。Quartz 设计的核心类包括 Scheduler, Job 以及 Trigger。其中，Job 负责定义需要执行的任务，Trigger 负责设置调度策略，Scheduler 将二者组装在一起，并触发任务开始执行。