簡介： Quartz 是 OpenSymphony 開源組織在任務(wù)調(diào)度領(lǐng)域的一個開源項目，完全基于 Java 實現(xiàn)。作為一個優(yōu)秀的開源調(diào)度框架，Quartz 具有功能強(qiáng)大，應(yīng)用靈活，易于集成的特點(diǎn)。本文剖析了 Quartz 框架內(nèi)部的基本實現(xiàn)原理，通過一些具體實例描述了應(yīng)用 Quartz 開發(fā)應(yīng)用程序的基本方法，并對企業(yè)應(yīng)用中常見的問題及解決方案進(jìn)行了討論。

Quartz 基本概念及原理

Quartz Scheduler 開源框架

Quartz 是 OpenSymphony 開源組織在任務(wù)調(diào)度領(lǐng)域的一個開源項目，完全基于 Java 實現(xiàn)。該項目于 2009 年被 Terracotta 收購，目前是 Terracotta 旗下的一個項目。讀者可以到 http://www.quartz-scheduler.org/站點(diǎn)下載 Quartz 的發(fā)布版本及其源代碼。筆者在產(chǎn)品開發(fā)中使用的是版本 1.8.4，因此本文內(nèi)容基于該版本。本文不僅介紹如何應(yīng)用 Quartz 進(jìn)行開發(fā)，也對其內(nèi)部實現(xiàn)原理作一定講解。

作為一個優(yōu)秀的開源調(diào)度框架，Quartz 具有以下特點(diǎn)：

強(qiáng)大的調(diào)度功能，例如支持豐富多樣的調(diào)度方法，可以滿足各種常規(guī)及特殊需求；

靈活的應(yīng)用方式，例如支持任務(wù)和調(diào)度的多種組合方式，支持調(diào)度數(shù)據(jù)的多種存儲方式；

分布式和集群能力，Terracotta 收購后在原來功能基礎(chǔ)上作了進(jìn)一步提升。本文暫不討論該部分內(nèi)容

另外，作為 Spring 默認(rèn)的調(diào)度框架，Quartz 很容易與 Spring 集成實現(xiàn)靈活可配置的調(diào)度功能。

下面是本文中用到的一些專用詞匯，在此聲明：

scheduler：任務(wù)調(diào)度器 trigger：觸發(fā)器，用于定義任務(wù)調(diào)度時間規(guī)則 job：任務(wù)，即被調(diào)度的任務(wù) misfire：錯過的，指本來應(yīng)該被執(zhí)行但實際沒有被執(zhí)行的任務(wù)調(diào)度

Quartz 任務(wù)調(diào)度的基本實現(xiàn)原理

核心元素

Quartz 任務(wù)調(diào)度的核心元素是 scheduler, trigger 和 job，其中 trigger 和 job 是任務(wù)調(diào)度的元數(shù)據(jù)， scheduler 是實際執(zhí)行調(diào)度的控制器。

在 Quartz 中，trigger 是用于定義調(diào)度時間的元素，即按照什么時間規(guī)則去執(zhí)行任務(wù)。Quartz 中主要提供了四種類型的 trigger：SimpleTrigger，CronTirgger，DateIntervalTrigger，和 NthIncludedDayTrigger。這四種 trigger 可以滿足企業(yè)應(yīng)用中的絕大部分需求。我們將在企業(yè)應(yīng)用一節(jié)中進(jìn)一步討論四種 trigger 的功能。

在 Quartz 中，job 用于表示被調(diào)度的任務(wù)。主要有兩種類型的 job：無狀態(tài)的（stateless）和有狀態(tài)的（stateful）。對于同一個 trigger 來說，有狀態(tài)的 job 不能被并行執(zhí)行，只有上一次觸發(fā)的任務(wù)被執(zhí)行完之后，才能觸發(fā)下一次執(zhí)行。Job 主要有兩種屬性：volatility 和 durability，其中 volatility 表示任務(wù)是否被持久化到數(shù)據(jù)庫存儲，而 durability 表示在沒有 trigger 關(guān)聯(lián)的時候任務(wù)是否被保留。兩者都是在值為 true 的時候任務(wù)被持久化或保留。一個 job 可以被多個 trigger 關(guān)聯(lián)，但是一個 trigger 只能關(guān)聯(lián)一個 job。

在 Quartz 中， scheduler 由 scheduler 工廠創(chuàng)建：DirectSchedulerFactory 或者 StdSchedulerFactory。 第二種工廠 StdSchedulerFactory 使用較多，因為 DirectSchedulerFactory 使用起來不夠方便，需要作許多詳細(xì)的手工編碼設(shè)置。 Scheduler 主要有三種：RemoteMBeanScheduler， RemoteScheduler 和 StdScheduler。本文以最常用的 StdScheduler 為例講解。這也是筆者在項目中所使用的 scheduler 類。

Quartz 核心元素之間的關(guān)系如下圖所示：

圖 1. Quartz 核心元素關(guān)系圖

線程視圖

在 Quartz 中，有兩類線程，Scheduler 調(diào)度線程和任務(wù)執(zhí)行線程，其中任務(wù)執(zhí)行線程通常使用一個線程池維護(hù)一組線程。

圖 2. Quartz 線程視圖

Scheduler 調(diào)度線程主要有兩個： 執(zhí)行常規(guī)調(diào)度的線程，和執(zhí)行 misfired trigger 的線程。常規(guī)調(diào)度線程輪詢存儲的所有 trigger，如果有需要觸發(fā)的 trigger，即到達(dá)了下一次觸發(fā)的時間，則從任務(wù)執(zhí)行線程池獲取一個空閑線程，執(zhí)行與該 trigger 關(guān)聯(lián)的任務(wù)。Misfire 線程是掃描所有的 trigger，查看是否有 misfired trigger，如果有的話根據(jù) misfire 的策略分別處理。下圖描述了這兩個線程的基本流程：

圖 3. Quartz 調(diào)度線程流程圖

關(guān)于 misfired trigger，我們在企業(yè)應(yīng)用一節(jié)中將進(jìn)一步描述。

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數(shù)據(jù)存儲

Quartz 中的 trigger 和 job 需要存儲下來才能被使用。Quartz 中有兩種存儲方式：RAMJobStore, JobStoreSupport，其中 RAMJobStore 是將 trigger 和 job 存儲在內(nèi)存中，而 JobStoreSupport 是基于 jdbc 將 trigger 和 job 存儲到數(shù)據(jù)庫中。RAMJobStore 的存取速度非?？欤怯捎谄湓谙到y(tǒng)被停止后所有的數(shù)據(jù)都會丟失，所以在通常應(yīng)用中，都是使用 JobStoreSupport。

在 Quartz 中，JobStoreSupport 使用一個驅(qū)動代理來操作 trigger 和 job 的數(shù)據(jù)存儲：StdJDBCDelegate。StdJDBCDelegate 實現(xiàn)了大部分基于標(biāo)準(zhǔn) JDBC 的功能接口，但是對于各種數(shù)據(jù)庫來說，需要根據(jù)其具體實現(xiàn)的特點(diǎn)做某些特殊處理，因此各種數(shù)據(jù)庫需要擴(kuò)展 StdJDBCDelegate 以實現(xiàn)這些特殊處理。Quartz 已經(jīng)自帶了一些數(shù)據(jù)庫的擴(kuò)展實現(xiàn)，可以直接使用，如下圖所示：

圖 4. Quartz 數(shù)據(jù)庫驅(qū)動代理

作為嵌入式數(shù)據(jù)庫的代表，Derby 近來非常流行。如果使用 Derby 數(shù)據(jù)庫，可以使用上圖中的 CloudscapeDelegate 作為 trigger 和 job 數(shù)據(jù)存儲的代理類。

基本開發(fā)流程及簡單實例

搭建開發(fā)環(huán)境

利用 Quartz 進(jìn)行開發(fā)相當(dāng)簡單，只需要將下載開發(fā)包中的 quartz-all-1.8.4.jar 加入到 classpath 即可。根據(jù)筆者的經(jīng)驗，對于任務(wù)調(diào)度功能比較復(fù)雜的企業(yè)級應(yīng)用來說，***在開發(fā)階段將 Quartz 的源代碼導(dǎo)入到開發(fā)環(huán)境中來。一方面可以通過閱讀源碼了解 Quartz 的實現(xiàn)機(jī)理，另一方面可以通過擴(kuò)展或修改 Quartz 的一些類來實現(xiàn)某些 Quartz 尚不提供的功能。

圖 5. Quartz 實例工程及源碼導(dǎo)入

上圖中左邊是源碼導(dǎo)入后的截圖，其中 org.quartz.* 即為 quartz 的源碼。導(dǎo)入源碼后可能會有一些編譯錯誤，通常出現(xiàn)在 org.quartz.ee.* 和 org.quartz.jobs.ee.* 包中。下載開發(fā)包中有一個 lib 目錄，讀者可以將該目錄下的 jar 文件加入到編譯環(huán)境。如果還有編譯錯誤，讀者可以參考上圖中右側(cè)的 jar 列表，到網(wǎng)上去搜索下載。

項目中 com.ibm.zxn.sample.quartz 是我們自己的類包，下面的實例中我們會用到它。

一個簡單實例

Quartz 開發(fā)包中有一個 examples 目錄，其中有 15 個基本實例。建議讀者閱讀并實踐這些例子。本文這里只列舉一個小的實例，介紹基本的開發(fā)方法。

準(zhǔn)備數(shù)據(jù)庫和 Quartz 用的數(shù)據(jù)表

圖 6. Quartz 數(shù)據(jù)表
 
 

本文使用 IBM DB2 數(shù)據(jù)庫：將 jdbc 驅(qū)動程序 db2jcc.jar 加入到項目中；

在數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建一個新庫 QUARTZDB；

執(zhí)行 /quartz-1.8.4/docs/dbTables/tables_db2_v8.sql，創(chuàng)建數(shù)據(jù)表；表建好后如下所示：

準(zhǔn)備配置文件，加入到項目中

圖 7. 實例配置文件
 
 

通過實現(xiàn) job 接口定義我們自己的任務(wù)類，如下所示：

圖 8. 定義任務(wù)類
 
 

然后，實現(xiàn)任務(wù)調(diào)度的主程序，如下所示：

本實例中，我們利用 DateIntervalTrigger 實現(xiàn)一個每兩分鐘執(zhí)行一次的任務(wù)調(diào)度。

圖 9. 實現(xiàn)主程序
 
 

完成后項目結(jié)構(gòu)如下所示：

圖 10. 實例項目結(jié)構(gòu)圖
 
 

運(yùn)行程序，查看數(shù)據(jù)庫表和運(yùn)行結(jié)果

數(shù)據(jù)庫中，QRTZ_TRIGGERS 表中添加了一條 trigger 記錄，如下所示：

圖 11. QRTZ_TRIGGERS 表中的記錄

QRTZ_JOB_DETAILS 表中添加了一條 job 記錄，如下所示：

圖 12. QRTZ_JOB_DETAILES 表中的記錄

從運(yùn)行結(jié)果來看，任務(wù)每兩分鐘被執(zhí)行一次：

圖 13. 運(yùn)行結(jié)果

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企業(yè)級開發(fā)中的常見應(yīng)用

在應(yīng)用 Quartz 進(jìn)行企業(yè)級的開發(fā)時，有一些問題會經(jīng)常遇到。本節(jié)筆者根據(jù)自己在項目開發(fā)中的經(jīng)驗，介紹企業(yè)開發(fā)中常見的一些問題以及通常的解決辦法。

應(yīng)用一：如何使用不同類型的 Trigger

前面我們提到 Quartz 中四種類型的 Trigger：SimpleTrigger，CronTirgger，DateIntervalTrigger， 和 NthIncludedDayTrigger。

SimpleTrigger 一般用于實現(xiàn)每隔一定時間執(zhí)行任務(wù)，以及重復(fù)多少次，如每 2 小時執(zhí)行一次，重復(fù)執(zhí)行 5 次。SimpleTrigger 內(nèi)部實現(xiàn)機(jī)制是通過計算間隔時間來計算下次的執(zhí)行時間，這就導(dǎo)致其不適合調(diào)度定時的任務(wù)。例如我們想每天的 1：00AM 執(zhí)行任務(wù)，如果使用 SimpleTrigger 的話間隔時間就是一天。注意這里就會有一個問題，即當(dāng)有 misfired 的任務(wù)并且恢復(fù)執(zhí)行時，該執(zhí)行時間是隨機(jī)的（取決于何時執(zhí)行 misfired 的任務(wù)，例如某天的 3：00PM）。這會導(dǎo)致之后每天的執(zhí)行時間都會變成 3：00PM，而不是我們原來期望的 1：00AM。

CronTirgger 類似于 LINUX 上的任務(wù)調(diào)度命令 crontab，即利用一個包含 7 個字段的表達(dá)式來表示時間調(diào)度方式。例如，"0 15 10 * * ? *" 表示每天的 10：1***M 執(zhí)行任務(wù)。對于涉及到星期和月份的調(diào)度，CronTirgger 是最適合的，甚至某些情況下是唯一選擇。例如，"0 10 14 ? 3 WED" 表示三月份的每個星期三的下午 14：10PM 執(zhí)行任務(wù)。讀者可以在具體用到該 trigger 時再詳細(xì)了解每個字段的含義。

DateIntervalTrigger 是 Quartz 1.7 之后的版本加入的，其最適合調(diào)度類似每 N（1, 2, 3...）小時，每 N 天，每 N 周等的任務(wù)。雖然 SimpleTrigger 也能實現(xiàn)類似的任務(wù)，但是 DateIntervalTrigger 不會受到我們上面說到的 misfired 任務(wù)的影響。另外，DateIntervalTrigger 也不會受到 DST（Daylight Saving Time， 即中國的夏令時）調(diào)整的影響。筆者就曾經(jīng)因為該原因?qū)㈨椖恐械?SimpleTrigger 改為了 DateIntervalTrigger，因為如果使用 SimpleTrigger，本來設(shè)定的調(diào)度時間就會由于 DST 的調(diào)整而提前或延遲一個小時，而 DateIntervalTrigger 不會受此影響。

NthIncludedDayTrigger 的用途比較簡單明確，即用于每隔一個周期的第幾天調(diào)度任務(wù)，例如，每個月的第 3 天執(zhí)行指定的任務(wù)。

除了上面提到的 4 種 Trigger，Quartz 中還定義了一個 Calendar 類（注意，是 org.quartz.Calendar）。這個 Calendar 與 Trigger 一起使用，但是它們的作用相反，它是用于排除任務(wù)不被執(zhí)行的情況。例如，按照 Trigger 的規(guī)則在 10 月 1 號需要執(zhí)行任務(wù)，但是 Calendar 指定了 10 月 1 號是節(jié)日（國慶），所以任務(wù)在這一天將不會被執(zhí)行。通常來說，Calendar 用于排除節(jié)假日的任務(wù)調(diào)度，從而使任務(wù)只在工作日執(zhí)行。

應(yīng)用二：使用有狀態(tài)（StatefulJob）還是無狀態(tài)的任務(wù)（Job）

在 Quartz 中，Job 是一個接口，企業(yè)應(yīng)用需要實現(xiàn)這個接口以定義自己的任務(wù)。基本來說，任務(wù)分為有狀態(tài)和無狀態(tài)兩種。實現(xiàn) Job 接口的任務(wù)缺省為無狀態(tài)的。Quartz 中還有另外一個接口 StatefulJob。實現(xiàn) StatefulJob 接口的任務(wù)為有狀態(tài)的，上一節(jié)的簡單實例中，我們定義的 SampleJob 就是實現(xiàn)了 StatefulJob 接口的有狀態(tài)任務(wù)。下圖列出了 Quartz 中 Job 接口的定義以及一些自帶的實現(xiàn)類：

圖 14. Quartz 中 Job 接口定義

無狀態(tài)任務(wù)一般指可以并發(fā)的任務(wù)，即任務(wù)之間是獨(dú)立的，不會互相干擾。例如我們定義一個 trigger，每 2 分鐘執(zhí)行一次，但是某些情況下一個任務(wù)可能需要 3 分鐘才能執(zhí)行完，這樣，在上一個任務(wù)還處在執(zhí)行狀態(tài)時，下一次觸發(fā)時間已經(jīng)到了。對于無狀態(tài)任務(wù)，只要觸發(fā)時間到了就會被執(zhí)行，因為幾個相同任務(wù)可以并發(fā) 執(zhí)行。但是對有狀態(tài)任務(wù)來說，是不能并發(fā)執(zhí)行的，同一時間只能有一個任務(wù)在執(zhí)行。

在筆者項目中，某些任務(wù)需要對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行增刪改處理。這些任務(wù)不能并發(fā)執(zhí)行，否則會造成數(shù)據(jù)混亂。因此我們使用 StatefulJob 接口?，F(xiàn)在回到上面的例子，任務(wù)每 2 分鐘執(zhí)行一次，若某次任務(wù)執(zhí)行了 5 分鐘才完成，Quartz 會怎么處理呢？按照 trigger 的規(guī)則，第 2 分鐘和第 4 分鐘分別會有一次預(yù)定的觸發(fā)執(zhí)行，但是由于是有狀態(tài)任務(wù)，因此實際不會被觸發(fā)。在第 5 分鐘***次任務(wù)執(zhí)行完畢時，Quartz 會把第 2 和第 4 分鐘的兩次觸發(fā)作為 misfired job 進(jìn)行處理。對于 misfired job，Quartz 會查看其 misfire 策略是如何設(shè)定的，如果是立刻執(zhí)行，則會馬上啟動一次執(zhí)行，如果是等待下次執(zhí)行，則會忽略錯過的任務(wù)，而等待下次（即第 6 分鐘）觸發(fā)執(zhí)行。

讀者可以在自己的項目中體會兩種任務(wù)的區(qū)別以及 Quartz 的處理方法，根據(jù)具體情況選擇不同類型的任務(wù)。

應(yīng)用三：如何設(shè)置 Quartz 的線程池和并發(fā)任務(wù)

Quartz 中自帶了一個線程池的實現(xiàn)：SimpleThreadPool。類如其名，這只是線程池的一個簡單實現(xiàn)，沒有提供動態(tài)自發(fā)調(diào)整等高級特性。Quartz 提供了一個配置參數(shù)：org.quartz.threadPool.threadCount，可以在初始化時設(shè)定線程池的線程數(shù)量，但是一次設(shè)定后不能再 修改。假定這個數(shù)目是 10，則在并發(fā)任務(wù)達(dá)到 10 個以后，再有觸發(fā)的任務(wù)就無法被執(zhí)行了，只能等待有空閑線程的時候才能得到執(zhí)行。因此有些 trigger 就可能被 misfire。但是必須指出一點(diǎn)，這個初始線程數(shù)并不是越大越好。當(dāng)并發(fā)線程太多時，系統(tǒng)整體性能反而會下降，因為系統(tǒng)把很多時間花在了線程調(diào)度上。根 據(jù)一般經(jīng)驗，這個值在 10 -- 50 比較合適。

對于一些注重性能的線程池來說，會根據(jù)實際線程使用情況進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，例如初始線程數(shù)，***線程數(shù)，空閑線程數(shù)等。讀者在應(yīng)用中，如果有更好 的線程池，則可以在配置文件中通過下面參數(shù)替換 SimpleThreadPool：org.quartz.threadPool.class = myapp.GreatThreadPool。

應(yīng)用四：如何處理 Misfired 任務(wù)

在 Quartz 應(yīng)用中，misfired job 是經(jīng)常遇到的情況。一般來說，下面這些原因可能造成 misfired job：

1）系統(tǒng)因為某些原因被重啟。在系統(tǒng)關(guān)閉到重新啟動之間的一段時間里，可能有些任務(wù)會

被 misfire；

2）Trigger 被暫停（suspend）的一段時間里，有些任務(wù)可能會被 misfire；

3）線程池中所有線程都被占用，導(dǎo)致任務(wù)無法被觸發(fā)執(zhí)行，造成 misfire；

4）有狀態(tài)任務(wù)在下次觸發(fā)時間到達(dá)時，上次執(zhí)行還沒有結(jié)束；

為了處理 misfired job，Quartz 中為 trigger 定義了處理策略，主要有下面兩種：

MISFIRE_INSTRUCTION_FIRE_ONCE_NOW：針對 misfired job 馬上執(zhí)行一次；

MISFIRE_INSTRUCTION_DO_NOTHING：忽略 misfired job，等待下次觸發(fā)；

建議讀者在應(yīng)用開發(fā)中，將該設(shè)置作為可配置選項，使得用戶可以在使用過程中，針對已經(jīng)添加的 tirgger 動態(tài)配置該選項。

應(yīng)用五：如何保留已經(jīng)結(jié)束的 Trigger

在 Quartz 中，一個 tirgger 在***一次觸發(fā)完成之后，會被自動刪除。Quartz 默認(rèn)不會保留已經(jīng)結(jié)束的 trigger，如下面 Quartz 源代碼所示：

圖 15. executionComplete( ) 源碼

但是在實際應(yīng)用中，有些用戶需要保留以前的 trigger，作為歷史記錄，或者作為以后創(chuàng)建其他 trigger 的依據(jù)。如何保留結(jié)束的 trigger 呢？

一個辦法是應(yīng)用開發(fā)者自己維護(hù)一份數(shù)據(jù)備份記錄，并且與 Quartz 原表的記錄保持一定的同步。這個辦法實際操作起來比較繁瑣，而且容易出錯，不推薦使用。

另外一個辦法是通過修改并重新編譯 Quartz 的 trigger 類，修改其默認(rèn)的行為。我們以 org.quartz.SimpleTrigger 為例，修改上面代碼中 if (!mayFireAgain()) 部分的代碼如下：

圖 16. 修改 executionComplete( ) 源碼

另外我們需要在 SimpleTrigger 中定義一個新的類屬性：needRetain，如下所示：

圖 17. 定義新屬性 needRetain

在定義自己的 trigger 時，設(shè)置該屬性，就可以選擇是否在 trigger 結(jié)束時刪除 trigger。如下代碼所示：

圖 18. 使用修改后的 SimpleTrigger

有人可能會考慮通過定義一個新的類，然后繼承 org.quartz.SimpleTrigger 類并覆蓋 executionComplete( ) 方法來實現(xiàn)。但是這種方法是行不通的，因為 Quartz 內(nèi)部在處理時會根據(jù) trigger 的類型重新生成 SimpleTrigger 類的實例，而不是使用我們自己定義的類創(chuàng)建的實例。這一點(diǎn)應(yīng)該是 Quartz 的一個小小的不足之處，因為它把擴(kuò)展 trigger 的能力堵死了。好在 Quartz 是開源的，我們可以根據(jù)需要進(jìn)行修改。

小結(jié)

作為當(dāng)前頗具生命力的開源框架，Quartz 已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。Quartz 的強(qiáng)大功能和應(yīng)用靈活性，在企業(yè)應(yīng)用中發(fā)揮了巨大的作用。本文描述了如何應(yīng)用 Quartz 開發(fā)應(yīng)用程序，并對企業(yè)應(yīng)用中常見的問題及解決方案進(jìn)行了討論。

原文鏈接：IBM developerWorks