[游戏开发]项目1在线交流平台-7.构建安全高效的企业服务-6. 定时任务执行与调度-Scheduler线程池-Quartz认识与测试

功能需求

• 1.项目中需要用到多线程的定时任务，如帖子评分计算与排名
• 2.为提高性能，需要用到线程池，先了解传统的JDK、Spring线程池的使用
• 3.传统的线程池的定时任务Scheduler不适用于分布式部署，而采用Spring整合Quartz方案

1. 为何分布式部署Scheduler不合适，而采用Quartz

• 因为，如果采用JDK和Spring线程池的Scheduler，定时任务参数存于内存
  • 每台服务器都同时自动调用定时任务，会同时运行一个程序，没有必要，也有可能会产生冲突
• 但是，采用Quartz,在集群环境下，定时任务参数存于数据库DB中
  • 这样，每台服务器会定时任务调度器都会访问DB,通过加锁方式去抢DB
  • 如果服务器1先抢到DB,会查看表中数据的运行状态，如果为等待运行状态，将状态改位运行状态，然后去处理定时任务
  • 在此时间里，服务器2再拿到DB，会读取到正在运行状态，说明已经有服务器在处理，因此，无需再处理

一、JDK线程池认识与测试

1. 使用JDK普通线程池创建线程

ExecutorService-JDK线程池接口

ExecutorService线程池详解

线程的创建和释放，需要占用不小的内存和资源。

如果每次需要使用线程时，都new 一个Thread的话，难免会造成资源的浪费，

而且无限制创建，之间相互竞争，会导致过多占用系统资源导致系统瘫痪。不利于扩展，比如如定时执行、定期执行、线程中断

• ExecutorService是Java提供的线程池
• 可以通过ExecutorService获得线程。它可以有效控制最大并发线程数，提高系统资源的使用率，
• 同时避免过多资源竞争，避免堵塞，同时提供定时执行、定期执行、单线程、并发数控制等功能，也不用使用TimerTask了。

Executors.newFixedThreadPool(5)-线程池创建方式-固定线程数

• 创建固定数量的可复用的线程数，来执行任务。
• 当线程数达到最大核心线程数，则加入队列等待有空闲线程时再执行。

ThreadPoolExecutor-创建线程池的最终方式

• 这是所有创建线程都要调用的核心方法

  public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                            int maximumPoolSize,
                            long keepAliveTime,
                            TimeUnit unit,
                            BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
      this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
           Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
  }
  

corePoolSize : 核心线程数，一旦创建将不会再释放。如果创建的线程数还没有达到指定的核心线程数量，将会继续创建新的核心线程，直到达到最大核心线程数后，核心线程数将不在增加；如果没有空闲的核心线程，同时又未达到最大线程数，则将继续创建非核心线程；如果核心线程数等于最大线程数，则当核心线程都处于激活状态时，任务将被挂起，等待空闲线程来执行。

maximumPoolSize : 最大线程数，允许创建的最大线程数量。如果最大线程数等于核心线程数，则无法创建非核心线程；如果非核心线程处于空闲时，超过设置的空闲时间，则将被回收，释放占用的资源。

keepAliveTime : 当线程空闲时，所允许保存的最大时间，超过这个时间，线程将被释放销毁，但只针对于非核心线程。

unit : 时间单位，TimeUnit.SECONDS等。

workQueue : 任务队列，存储暂时无法执行的任务，等待空闲线程来执行任务。

threadFactory : 线程工程，用于创建线程。

handler : 当线程边界和队列容量已经达到最大时，用于处理阻塞时的程序

executorService.submit(task)-根据任务创建线程

• 当将一个任务添加到线程池中的时候，线程池会为每个任务创建一个线程，该线程会在之后的某个时刻自动执行。
• 有返回结果

private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(ThreadPoolTests.class);

// JDK普通线程池-定义5个线程
private ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);

// 为了能在测试中显示出日志结果，让当前主测试类线程睡眠10秒
private void sleep(long m) {
    try {
        Thread.sleep(m);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

/**
 * 测试JDK普通线程池
 */
@Test
public void testExecutorService() {
    // 定义每个线程执行逻辑
    Runnable task = new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            logger.debug("Hello ExecutorService!");
        }
    };

    // 使用线程池创建10次线程执行任务
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        executorService.submit(task);
    }

    sleep(10000);
}

测试结果：

2. JDK定时任务线程池

ScheduledExecutorService

• 继承于ExecutorService接口，提高定时任务的线程池

public interface ScheduledExecutorService extends ExecutorService {
}

• 因此，创建线程池的方式最终底层也调用了父类的方法

newScheduledThreadPool-创建定时任务线程池的静态方法

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
    return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
}

/**
 * Creates a new {@code ScheduledThreadPoolExecutor} with the
 * given core pool size.
 *
 * @param corePoolSize the number of threads to keep in the pool, even
 *        if they are idle, unless {@code allowCoreThreadTimeOut} is set
 * @throws IllegalArgumentException if {@code corePoolSize < 0}
 */
public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
    super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
          new DelayedWorkQueue());
}

scheduleAtFixedRate-创建执行定时任务的线程

// JDK可执行定时任务的线程池
private ScheduledExecutorService scheduledExecutorService = Executors.newScheduledThreadPool(5);
/**
 * 测试JDK定时任务线程池
 */
@Test
public void testScheduledExecutorService() {
    Runnable task = new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            logger.debug("Hello ScheduledExecutorService");
        }
    };

    scheduledExecutorService.scheduleAtFixedRate(task, 10000, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS);

    sleep(20000);
}

测试结果：

二、Spring线程池的认识与测试

1. Spring普通线程池

ThreadPoolTaskExecutor-Spring线程池

• 使用Spring线程池，自动初始化线程池，需要进行配置参数，否则线程池中创建的线程过多，性能浪费

  

• 配置参数如下：

  • 因此，比JDK线程池使用更灵活

    第一个是一开始5个,如果不够用就自动扩充到15个,如果15个还不够用,那么就把任务缓冲到队列里队列里最大可以容下100个任务

# TaskExecutionProperties
spring.task.execution.pool.core-size=5			# 核心线程个数
spring.task.execution.pool.max-size=15			# 线程最多可以扩容的个数
spring.task.execution.pool.queue-capacity=100    # 队列容量（任务多，先放队列里，等待线程池空闲）

// Spring普通线程池
@Autowired
private ThreadPoolTaskExecutor taskExecutor;

@Test
public void testThreadPoolTaskExecutor() {
    Runnable task = new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            logger.debug("Hello ThreadPoolTaskExecutor");
        }
    };

    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        taskExecutor.submit(task);
    }

    sleep(10000);
}

测试结果：

2. Spring定时任务线程池

@EnableScheduling -启动定时任务

• 使用Spring定时任务线程池，需要新建配置类，加上启动定时任务的注解才可以使用，否则Bean无法使用

@Configuration
@EnableScheduling   // 启动定时任务
@EnableAsync	   // 支持异步执行任务
public class ThreadPoolConfig {
}

ThreadPoolTaskScheduler-Spring定时任务线程池

• 同样，自动初始化线程池，在配置文件中指定核心线程数量

  

• 配置参数：

  • 只需配置核心线程数量即可

  # TaskSchedulingProperties
  spring.task.scheduling.pool.size=5
  

为何定时任务线程池不需要指定最大线程数量和线程队列

• 因为，与普通线程池不同，普通线程池，根据请求的任务创建线程，请求任务不确定，因此需要指定最大线程数量和线程队列
• 定时任务线程池更加定时任务创建线程，多少个定时任务是确定的，在服务器启动时候就知道，故，线程数量也是确定的

// Spring可执行定时任务的线程池
@Autowired
private ThreadPoolTaskScheduler taskScheduler;

@Test
public void testThreadPoolTaskScheduler() {
    Runnable task = new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            logger.debug("Hello ThreadPoolTaskScheduler");
        }
    };

    Date startTime = new Date(System.currentTimeMillis() + 10000); // 当前时间往后延迟10s
    taskScheduler.scheduleAtFixedRate(task, startTime, 1000);

    sleep(30000);
}

测试结果

3. Spring普通线程池简化处理

@Async- 异步创建线程处理任务

// 让该方法在多线程环境下,被异步的调用.
@Async
public void execute1() {
    logger.debug("execute1");
}

• 异步创建线程，处理定义的任务

@Autowired
AlphaService alphaService;

@Test
public void testThreadPoolTaskExecutorSimple() {
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        alphaService.execute1();
    }

    sleep(10000);
}

测试结果

4. Spring定时线程池简化处理

@Scheduled(initialDelay = 10000, fixedRate = 1000)-异步创建定时任务线程池

@Scheduled(initialDelay = 10000, fixedRate = 1000)
public void execute2() {
    logger.debug("execute2");
}

/**
 * Spring定时任务线程池简化
 */
@Test
public void testThreadPoolTaskSchedulerSimple() {
    sleep(30000);
}

测试结果

三、SpringQuartz认识与测试

1. Quartz认识

Spring框架中的Quartz使用（详解）

导入包

<!--       整合Quartz-->
      <dependency>
         <groupId>org.springframework.boot</groupId>
         <artifactId>spring-boot-starter-quartz</artifactId>
      </dependency>

Scheduler-核心任务调度器接口

• 代表一个Quartz的独立运行容器，
• Trigger和JobDetail可以注册到Scheduler中，两者在Scheduler中拥有各自的组及名称，
  • 组及名称是Scheduler查找定位容器中某一对象的依据，Trigger的组及名称必须唯一，
  • JobDetail的组和名称也必须唯一（但可以和Trigger的组和名称相同，因为它们是不同类型的）。
  • Scheduler定义了多个接口方法，允许外部通过组及名称访问和控制容器中Trigger和JobDetail。

Job-作业任务的接口

• 是一个接口，只有一个方法void execute(JobExecutionContext context)，
• 开发者==自定义实现该接口定义运行任务==，JobExecutionContext类提供了调度上下文的各种信息。

JobDetail-配置Job的接口

• Quartz在每次执行Job时，都重新创建一个Job实例，所以它不直接接受一个Job的实例，相反它接收一个Job实现类，以便运行时通过newInstance()的反射机制实例化Job。
• 因此需要通过一个类JobDetail来描述Job的实现类及其它相关的静态信息，
  • 如Job名字、
  • 属于哪个组，
  • 对Job任务的描述、
  • 关联监听器等相关参数的配置。

Trigger-触发器配置接口

• 配置Job任务什么时候运行，以什么频率运行
• 描述触发Job执行的时间触发规则。主要有SimpleTrigger和CronTrigger这两个子类。
  • 当仅需触发一次或者以固定时间间隔周期执行，SimpleTrigger是最适合的选择；
  • 而CronTrigger则可以通过Cron表达式定义出各种复杂时间规则的调度方案：如每早晨9:00执行，周一、周三、周五下午5:00执行等。

Scheduler可以将Trigger绑定到某一JobDetail中，这样当Trigger触发时，对应的Job就被执行。

一个Job可以对应多个Trigger，但一个Trigger只能对应一个Job。

可以通过SchedulerFactory创建一个Scheduler实例。Scheduler拥有一个SchedulerContext，它类似于ServletContext，保存着Scheduler上下文信息，Job和Trigger都可以访问SchedulerContext内的信息。

SchedulerContext内部通过一个Map，以键值对的方式维护这些上下文数据，SchedulerContext为保存和获取数据提供了多个put()和getXxx()的方法。可以通过Scheduler# getContext()获取对应的SchedulerContext实例。

2. Quartz执行过程

• 1.Quartz通过Job定义定时任务
• 2.定义JobDetail和Trigger配置文件，配置Job任务
• 3.首次启动服务器时，Quartz会读取配置文件，并立即自动将数据储存到DB中，然后配置类就不再使用
  • 今后执行定时任务，都会直接访问数据库
  • 配置类只在第一次启动时使用一次

3. Quartz数据库表的设计

jobDetail配置信息表

CREATE TABLE `qrtz_job_details` (
  `SCHED_NAME` varchar(120) NOT NULL,	  # 定时任务名字
  `JOB_NAME` varchar(190) NOT NULL,		  # job名字
  `JOB_GROUP` varchar(190) NOT NULL,	  # job组名
  `DESCRIPTION` varchar(250) DEFAULT NULL,  # job的描述
  `JOB_CLASS_NAME` varchar(250) NOT NULL, # job对应哪个类
  `IS_DURABLE` varchar(1) NOT NULL,
  `IS_NONCONCURRENT` varchar(1) NOT NULL,
  `IS_UPDATE_DATA` varchar(1) NOT NULL,
  `REQUESTS_RECOVERY` varchar(1) NOT NULL,
  `JOB_DATA` blob,
  PRIMARY KEY (`SCHED_NAME`,`JOB_NAME`,`JOB_GROUP`),
  KEY `IDX_QRTZ_J_REQ_RECOVERY` (`SCHED_NAME`,`REQUESTS_RECOVERY`),
  KEY `IDX_QRTZ_J_GRP` (`SCHED_NAME`,`JOB_GROUP`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8

Trigger触发器相关配置数据表

触发器简单配置

CREATE TABLE `qrtz_simple_triggers` (
  `SCHED_NAME` varchar(120) NOT NULL, 		# 任务名字
  `TRIGGER_NAME` varchar(190) NOT NULL,		# 触发器名字
  `TRIGGER_GROUP` varchar(190) NOT NULL, 	# 触发器组名
  `REPEAT_COUNT` bigint(7) NOT NULL,	    # 反复执行的次数
  `REPEAT_INTERVAL` bigint(12) NOT NULL,
  `TIMES_TRIGGERED` bigint(10) NOT NULL,
  PRIMARY KEY (`SCHED_NAME`,`TRIGGER_NAME`,`TRIGGER_GROUP`),
  CONSTRAINT `qrtz_simple_triggers_ibfk_1` FOREIGN KEY (`SCHED_NAME`, `TRIGGER_NAME`, `TRIGGER_GROUP`) REFERENCES `qrtz_triggers` (`SCHED_NAME`, `TRIGGER_NAME`, `TRIGGER_GROUP`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8

触发器完整配置

CREATE TABLE `qrtz_triggers` (
  `SCHED_NAME` varchar(120) NOT NULL,
  `TRIGGER_NAME` varchar(190) NOT NULL,
  `TRIGGER_GROUP` varchar(190) NOT NULL,
  `JOB_NAME` varchar(190) NOT NULL,			  # 对应job名称
  `JOB_GROUP` varchar(190) NOT NULL,		  # 对应job组名
  `DESCRIPTION` varchar(250) DEFAULT NULL,
  `NEXT_FIRE_TIME` bigint(13) DEFAULT NULL,  	# 下一次什么时候开始执行
  `PREV_FIRE_TIME` bigint(13) DEFAULT NULL,		# 上一次什么时候执行完
  `PRIORITY` int(11) DEFAULT NULL,
  `TRIGGER_STATE` varchar(16) NOT NULL,
  `TRIGGER_TYPE` varchar(8) NOT NULL,
  `START_TIME` bigint(13) NOT NULL,
  `END_TIME` bigint(13) DEFAULT NULL,
  `CALENDAR_NAME` varchar(190) DEFAULT NULL,
  `MISFIRE_INSTR` smallint(2) DEFAULT NULL,
  `JOB_DATA` blob,
  PRIMARY KEY (`SCHED_NAME`,`TRIGGER_NAME`,`TRIGGER_GROUP`),
  KEY `IDX_QRTZ_T_J` (`SCHED_NAME`,`JOB_NAME`,`JOB_GROUP`),
  KEY `IDX_QRTZ_T_JG` (`SCHED_NAME`,`JOB_GROUP`),
  KEY `IDX_QRTZ_T_C` (`SCHED_NAME`,`CALENDAR_NAME`),
  KEY `IDX_QRTZ_T_G` (`SCHED_NAME`,`TRIGGER_GROUP`),
  KEY `IDX_QRTZ_T_STATE` (`SCHED_NAME`,`TRIGGER_STATE`),
  KEY `IDX_QRTZ_T_N_STATE` (`SCHED_NAME`,`TRIGGER_NAME`,`TRIGGER_GROUP`,`TRIGGER_STATE`),
  KEY `IDX_QRTZ_T_N_G_STATE` (`SCHED_NAME`,`TRIGGER_GROUP`,`TRIGGER_STATE`),
  KEY `IDX_QRTZ_T_NEXT_FIRE_TIME` (`SCHED_NAME`,`NEXT_FIRE_TIME`),
  KEY `IDX_QRTZ_T_NFT_ST` (`SCHED_NAME`,`TRIGGER_STATE`,`NEXT_FIRE_TIME`),
  KEY `IDX_QRTZ_T_NFT_MISFIRE` (`SCHED_NAME`,`MISFIRE_INSTR`,`NEXT_FIRE_TIME`),
  KEY `IDX_QRTZ_T_NFT_ST_MISFIRE` (`SCHED_NAME`,`MISFIRE_INSTR`,`NEXT_FIRE_TIME`,`TRIGGER_STATE`),
  KEY `IDX_QRTZ_T_NFT_ST_MISFIRE_GRP` (`SCHED_NAME`,`MISFIRE_INSTR`,`NEXT_FIRE_TIME`,`TRIGGER_GROUP`,`TRIGGER_STATE`),
  CONSTRAINT `qrtz_triggers_ibfk_1` FOREIGN KEY (`SCHED_NAME`, `JOB_NAME`, `JOB_GROUP`) REFERENCES `qrtz_job_details` (`SCHED_NAME`, `JOB_NAME`, `JOB_GROUP`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8

定时器执行的状态数据表

• Quartz底层会定期检查定时器运行是否正常

CREATE TABLE `qrtz_scheduler_state` (
  `SCHED_NAME` varchar(120) NOT NULL,   	# 定时器名称
  `INSTANCE_NAME` varchar(190) NOT NULL,	# 定时器实例名称
  `LAST_CHECKIN_TIME` bigint(13) NOT NULL,	# 定时器检查的时间-检查定时器是否出现问题
  `CHECKIN_INTERVAL` bigint(13) NOT NULL,
  PRIMARY KEY (`SCHED_NAME`,`INSTANCE_NAME`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8

锁的数据表

• 当多个Quartz访问数据表时，会根据锁的名称进行管理加锁

CREATE TABLE `qrtz_locks` (
  `SCHED_NAME` varchar(120) NOT NULL,
  `LOCK_NAME` varchar(40) NOT NULL,		# 锁的名称
  PRIMARY KEY (`SCHED_NAME`,`LOCK_NAME`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8

4. Quartz测试案例

4.1 定义job任务

• 定义测试的定时任务-打印出当前处理任务的线程名和一句话

public class AlphaJob implements Job {
    @Override
    public void execute(JobExecutionContext context) throws JobExecutionException {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": execute a quartz job.");
    }
}

4.2 配置Job相关信息

• 使用工厂模式，创建jobDetail和Trigger配置类实例

// FactoryBean可简化Bean的实例化过程:
// 1.通过FactoryBean封装Bean的实例化过程.
// 2.将FactoryBean装配到Spring容器里
	使用SpringIOC统一管理
// 3.将FactoryBean注入给其他的Bean.
     例如将JobDetailFactoryBean注入给Trigger工厂，Trigger触发时，对应的jobDetail配置也被加载
// 4.该Bean得到的是FactoryBean所管理的对象实例.
     例如会获取到JobDetailFactoryBean创建的jobDetail实例

配置JobDetail

// 配置JobDetail
@Bean
public JobDetailFactoryBean alphaJobDetail() {
    JobDetailFactoryBean factoryBean = new JobDetailFactoryBean();
    factoryBean.setJobClass(AlphaJob.class);
    factoryBean.setName("alphaJob");
    factoryBean.setGroup("alphaJobGroup");
    factoryBean.setDurability(true);        // 声明这个任务是不是持久化的
    factoryBean.setRequestsRecovery(true);  // 声明这个任务是不是可恢复的
    return factoryBean;
}

配置Trigger

• 当仅需触发一次或者以固定时间间隔周期执行，SimpleTrigger是最适合的选择；
• 而CronTrigger则可以通过Cron表达式定义出各种复杂时间规则的调度方案：如每早晨9:00执行，周一、周三、周五下午5:00执行等。

// 配置Trigger(SimpleTriggerFactoryBean, CronTriggerFactoryBean)
@Bean
public SimpleTriggerFactoryBean alphaTrigger(JobDetail alphaJobDetail) {
    SimpleTriggerFactoryBean factoryBean = new SimpleTriggerFactoryBean();
    factoryBean.setJobDetail(alphaJobDetail);   // 优先绑定到传入名称相同的jobDetail
    factoryBean.setName("alphaTrigger");        // 名称唯一
    factoryBean.setGroup("alphaTriggerGroup");  // 组名唯一
    factoryBean.setRepeatInterval(3000);        // 重复执行时间间隔3s
    factoryBean.setJobDataMap(new JobDataMap());    // 使用默认map装数据
    return factoryBean;
}

4.3 SpringBoot中配置Quartz线程池参数和数据库连接

# QuartzProperties
# 数据库的类型
spring.quartz.job-store-type=jdbc 		
# 调度器名称
spring.quartz.scheduler-name=communityScheduler		
# 调度器id自动生成
spring.quartz.properties.org.quartz.scheduler.instanceId=AUTO	
# 储存到数据库用到的类
spring.quartz.properties.org.quartz.jobStore.class=org.quartz.impl.jdbcjobstore.JobStoreTX
# 储存到数据库用到的驱动
spring.quartz.properties.org.quartz.jobStore.driverDelegateClass=org.quartz.impl.jdbcjobstore.StdJDBCDelegate
# 是否采用集群方式
spring.quartz.properties.org.quartz.jobStore.isClustered=true
# 使用的线程池-Quartz底层自带的线程池
spring.quartz.properties.org.quartz.threadPool.class=org.quartz.simpl.SimpleThreadPool
# 线程池核心数量设定
spring.quartz.properties.org.quartz.threadPool.threadCount=5

测试结果

• 定时线程创建成功

  

• 数据库中也储存了数据

  

4.5 删除job数据

• 因为入库后，今后每次启动程序，都会自动调用定时器线程处理任务
• 为了停止执行，需要将数据库中的数据删除，可以使用调度器Scheduler进行删除job数据

boolean deleteJob(JobKey jobKey)-删除job数据方法

@Autowired
private Scheduler scheduler;

/**
 * 使用调度器删除job数据
 */
@Test
public void testDeleteJob() {
    try {
        // 传入的jobKey数据，job名称和组名
        // 返回删除结果的布尔值
        boolean result = scheduler.deleteJob(new JobKey("alphaJob", "alphaJobGroup"));
        System.out.println(result);
    } catch (SchedulerException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

测试结果

communityScheduler_Worker-1: execute a quartz job.
true

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