Quartz 基本概念及原理

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Quartz Scheduler 开源框架


Quartz 是 OpenSymphony 开源组织在任务调度领域的一个开源项目，完全基于 java 实现。该项目于 2009 年被 Terracotta 收购，目前是 Terracotta 旗下的一个项目。读者可以到 http://www.quartz-scheduler.org/站点下载 Quartz 的发布版本及其源代码。笔者在产品开发中使用的是版本 1.8.4，因此本文内容基于该版本。本文不仅介绍如何应用 Quartz 进行开发，也对其内部实现原理作一定讲解。
作为一个优秀的开源调度框架，Quartz 具有以下特点：
强大的调度功能，例如支持丰富多样的调度方法，可以满足各种常规及特殊需求；
灵活的应用方式，例如支持任务和调度的多种组合方式，支持调度数据的多种存储方式；
分布式和集群能力，Terracotta 收购后在原来功能基础上作了进一步提升。本文暂不讨论该部分内容
另外，作为 spring 默认的调度框架，Quartz 很容易与 Spring 集成实现灵活可配置的调度功能。
下面是本文中用到的一些专用词汇，在此声明：
scheduler：
任务调度器
trigger：
触发器，用于定义任务调度时间规则
job：
任务，即被调度的任务
misfire：
错过的，指本来应该被执行但实际没有被执行的任务调度
Quartz 任务调度的基本实现原理


核心元素
Quartz 任务调度的核心元素是 scheduler, trigger 和 job，其中 trigger 和 job 是任务调度的元数据， scheduler 是实际执行调度的控制器。


在 Quartz 中，trigger 是用于定义调度时间的元素，即按照什么时间规则去执行任务。Quartz 中主要提供了四种类型的 trigger：SimpleTrigger，CronTirgger，DateIntervalTrigger，和 NthIncludedDayTrigger。这四种 trigger 可以满足企业应用中的绝大部分需求。我们将在企业应用一节中进一步讨论四种 trigger 的功能。


在 Quartz 中，job 用于表示被调度的任务。主要有两种类型的 job：无状态的（stateless）和有状态的（stateful）。对于同一个 trigger 来说，有状态的 job 不能被并行执行，只有上一次触发的任务被执行完之后，才能触发下一次执行。Job 主要有两种属性：volatility 和 durability，其中 volatility 表示任务是否被持久化到数据库存储，而 durability 表示在没有 trigger 关联的时候任务是否被保留。两者都是在值为 true 的时候任务被持久化或保留。一个 job 可以被多个 trigger 关联，但是一个 trigger 只能关联一个 job。


在 Quartz 中， scheduler 由 scheduler 工厂创建：DirectSchedulerFactory 或者 StdSchedulerFactory。 第二种工厂 StdSchedulerFactory 使用较多，因为 DirectSchedulerFactory 使用起来不够方便，需要作许多详细的手工编码设置。 Scheduler 主要有三种：RemoteMBeanScheduler， RemoteScheduler 和 StdScheduler。本文以最常用的 StdScheduler 为例讲解。这也是笔者在项目中所使用的 scheduler 类。
Quartz 核心元素之间的关系如下图所示：
图 1. Quartz 核心元素关系图




线程视图
在 Quartz 中，有两类线程，Scheduler 调度线程和任务执行线程，其中任务执行线程通常使用一个线程池维护一组线程。
图 2. Quartz 线程视图




Scheduler 调度线程主要有两个： 执行常规调度的线程，和执行 misfired trigger 的线程。常规调度线程轮询存储的所有 trigger，如果有需要触发的 trigger，即到达了下一次触发的时间，则从任务执行线程池获取一个空闲线程，执行与该 trigger 关联的任务。Misfire 线程是扫描所有的 trigger，查看是否有 misfired trigger，如果有的话根据 misfire 的策略分别处理。下图描述了这两个线程的基本流程：
图 3. Quartz 调度线程流程图