So verwenden Sie Multithreading geplanter Aufgaben @Scheduled in SpringBoot

1. Einführung in die @Scheduled-Annotation

@Scheduled ist eine Annotation im Spring-Framework, die dazu verwendet werden kann Timing-Aufgaben konfigurieren ermöglichen die regelmäßige Ausführung von Methoden in festgelegten Intervallen. Wenn wir diese Annotation verwenden, können wir die Ausführungszeit, den Zykluszeitraum, die Anzahl der Parallelität und andere Parameter der Aufgabe angeben, um die Funktion geplanter Aufgaben zu realisieren. In Spring Boot kann die Annotation @Scheduled direkt auf Methoden angewendet werden.

2. Multithreading-Mechanismus von @Scheduled

In Spring Boot wird die @Scheduled-Annotation basierend auf Javas ThreadPoolExecutor und ScheduledThreadPoolExecutor implementiert. Wenn wir eine geplante Aufgabe konfigurieren, erstellt Spring Boot zunächst einen ScheduledThreadPoolExecutor-Thread-Pool und fügt die geplante Aufgabe dem Thread-Pool hinzu, um auf die Ausführung zu warten. Wenn dann die angegebene Zeit erreicht ist, weist der Thread-Pool einen Thread zur Ausführung der geplanten Aufgabe zu. Wenn die geplante Aufgabe noch nicht ausgeführt wurde, weist der Thread-Pool der Aufgabe beim Eintreffen des nächsten Zyklus erneut einen Thread zur Ausführung zu. Auf diese Weise kann @Scheduled sehr bequem periodische geplante Aufgaben implementieren, die von Javas ThreadPoolExecutor und ScheduledThreadPoolExecutor implementiert werden. Wenn wir eine geplante Aufgabe konfigurieren, erstellt Spring Boot zunächst einen ScheduledThreadPoolExecutor-Thread-Pool und fügt die geplante Aufgabe dem Thread-Pool hinzu, um auf die Ausführung zu warten. Wenn dann die angegebene Zeit erreicht ist, weist der Thread-Pool einen Thread zur Ausführung der geplanten Aufgabe zu. Wenn die geplante Aufgabe noch nicht ausgeführt wurde, weist der Thread-Pool der Aufgabe beim Eintreffen des nächsten Zyklus erneut einen Thread zur Ausführung zu. Auf diese Weise kann @Scheduled problemlos periodische geplante Aufgaben implementieren.

3. Multithreading-Probleme von @Scheduled

Obwohl die @Scheduled-Annotation sehr praktisch ist, weist sie auch einige Multithreading-Probleme auf, die sich hauptsächlich in den folgenden zwei Aspekten widerspiegeln :# 🎜🎜#

1. Wenn die geplante Aufgabe nicht abgeschlossen wird, können nachfolgende Aufgaben betroffen sein

Bei Verwendung der @Scheduled-Annotation können wir leicht ein Problem übersehen: if Die geplante Aufgabe wird ausgeführt, die Aufgabe des nächsten Zyklus ist angekommen, dann können nachfolgende Aufgaben betroffen sein. Beispielsweise definieren wir eine geplante Aufgabe A mit einem Intervall von 5 Sekunden, deren Ausführung in der 1. Sekunde beginnt und deren Ausführung 10 Sekunden dauert. In der 6. Sekunde ist die geplante Aufgabe A noch nicht beendet. Zu diesem Zeitpunkt wartet die Aufgabe B im nächsten Zyklus auf ihre Ausführung. Wenn zu diesem Zeitpunkt nicht genügend inaktive Threads im Thread-Pool vorhanden sind, wird die geplante Aufgabe B blockiert und kann nicht ausgeführt werden.

2. Die gleichzeitige Ausführung mehrerer geplanter Aufgaben kann zu Ressourcenkonkurrenz führen

In einigen Fällen müssen wir möglicherweise mehrere geplante Aufgaben schreiben, und diese geplanten Aufgaben können eine gemeinsame Nutzung erfordern Ressourcen wie Datenbankverbindungen, Cache-Objekte usw. Wenn mehrere geplante Aufgaben gleichzeitig ausgeführt werden, kommt es zu Ressourcenkonkurrenzproblemen, die zu Datenfehlern oder Systemabstürzen führen können.

4. @Scheduled tritt dem Thread-Pool bei, um geplante Aufgaben zu bearbeiten.

Um die oben genannten Probleme zu vermeiden, können Sie die @Scheduled-Aufgabe zur Verarbeitung an den Thread-Pool übergeben . In Spring Boot können Sie @Scheduled-Aufgaben auf zwei Arten zum Thread-Pool hinzufügen:

1. Verwenden Sie @EnableScheduling + @Configuration, um ThreadPoolTaskScheduler

@Configuration
@EnableScheduling
public class TaskSchedulerConfig {
    @Bean
    public TaskScheduler taskScheduler() {
        ThreadPoolTaskScheduler scheduler = new ThreadPoolTaskScheduler();
        scheduler.setPoolSize(10);
        scheduler.initialize();
        return scheduler;
    }
}

Im Im obigen Code erstellen wir einen Thread-Pool, indem wir ThreadPoolTaskScheduler konfigurieren und verwenden die Annotation @EnableScheduling, um geplante Aufgaben zu aktivieren. Unter anderem kann die setPoolSize-Methode die Größe des Thread-Pools festlegen, der standardmäßig 1 ist.

2. Verwenden Sie ThreadPoolTaskExecutor

@Configuration
@EnableScheduling
public class TaskExecutorConfig {
    @Bean
    public ThreadPoolTaskExecutor taskExecutor() {
        ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        executor.setCorePoolSize(10);
        executor.setMaxPoolSize(50);
        executor.setQueueCapacity(1000);
        executor.setKeepAliveSeconds(60);
        executor.setThreadNamePrefix("task-executor-");
        return executor;
    }
}

Im obigen Code erstellen wir einen Thread-Pool, indem wir ThreadPoolTaskExecutor konfigurieren und die Annotation @EnableScheduling verwenden, um die geplante Aufgabe zu starten. Unter diesen können setCorePoolSize, setMaxPoolSize, setQueueCapacity, setKeepAliveSeconds und andere Methoden verwendet werden, um Parameter wie die Größe des Thread-Pools und der Aufgabenwarteschlange zu konfigurieren.

5. Detaillierte Analyse von @Scheduled

In Spring Boot wird die @Scheduled-Annotation basierend auf Javas ThreadPoolExecutor und ScheduledThreadPoolExecutor implementiert. Wenn wir eine geplante Aufgabe konfigurieren, erstellt Spring Boot zunächst einen ScheduledThreadPoolExecutor-Thread-Pool und fügt die geplante Aufgabe dem Thread-Pool hinzu, um auf die Ausführung zu warten. Wenn dann die angegebene Zeit erreicht ist, weist der Thread-Pool einen Thread zur Ausführung der geplanten Aufgabe zu. Wenn die geplante Aufgabe noch nicht ausgeführt wurde, weist der Thread-Pool der Aufgabe beim Eintreffen des nächsten Zyklus erneut einen Thread zu. Auf diese Weise kann @Scheduled regelmäßig geplante Aufgaben problemlos implementieren.

Obwohl die @Scheduled-Annotation sehr praktisch ist, weist sie auch einige Multithreading-Probleme auf, die sich hauptsächlich in den folgenden zwei Aspekten widerspiegeln:

1. 定时任务未执行完毕时，后续任务可能会受到影响

在使用@Scheduled注解时，我们很容易忽略一个问题：如果定时任务在执行时，下一个周期的任务已经到了，那么后续任务可能会受到影响。例如，我们定义了一个间隔时间为5秒的定时任务A，在第1秒时开始执行，需要执行10秒钟。在第6秒时，定时任务A还没有结束，此时下一个周期的任务B已经开始等待执行。如果此时线程池中没有足够的空闲线程，那么定时任务B就会被阻塞，无法执行。

解决方案：

针对上述问题，我们可以采用以下两种方案来解决：

方案一：修改线程池大小

为了避免因为线程池中线程数量不足引起的问题，我们可以对线程池进行配置，提高线程池的大小，从而确保有足够的空闲线程来处理定时任务。

例如，我们可以在application.properties或application.yml或者使用@EnableScheduling + @Configuration来配置线程池大小：

spring.task.scheduling.pool.size=20

2. 多个定时任务并发执行可能导致资源竞争

在某些情况下，我们可能需要编写多个定时任务，这些定时任务可能涉及到共享资源，例如数据库连接、缓存对象等。当多个定时任务同时执行时，就会存在资源竞争的问题，可能会导致数据错误或者系统崩溃。

解决方案：

为了避免由于多个定时任务并发执行导致的资源竞争问题，我们可以采用以下两种方案来解决：

方案一：使用锁机制

锁机制是一种常见的解决多线程并发访问共享资源的方式。在Java中，我们可以使用synchronized关键字或者Lock接口来实现锁机制。

例如，下面是一个使用synchronized关键字实现锁机制的示例：

private static Object lockObj = new Object();

@Scheduled(fixedDelay = 1000)
public void doSomething(){
    synchronized(lockObj){
        // 定时任务要执行的内容
    }
}

在上述代码中，我们定义了一个静态对象lockObj，用来保护共享资源。在定时任务执行时，我们使用synchronized关键字对lockObj进行加锁，从而确保多个定时任务不能同时访问共享资源。

方案二：使用分布式锁

除了使用传统的锁机制外，还可以使用分布式锁来解决资源竞争问题。分布式锁是一种基于分布式系统的锁机制，它可以不依赖于单个JVM实例，从而能够保证多个定时任务之间的资源访问不会冲突。

在Java开发中，我们可以使用ZooKeeper、Redis等分布式系统来实现分布式锁机制。例如，使用Redis实现分布式锁的示例代码如下：

@Autowired
private RedisTemplate redisTemplate;

@Scheduled(fixedDelay = 1000)
public void doSomething(){
    String lockKey = "lock:key";
    String value = UUID.randomUUID().toString();
    Boolean result = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lockKey, value, 5L, TimeUnit.SECONDS);
    if(result){
        try{
            // 定时任务要执行的内容
        }finally{
            redisTemplate.delete(lockKey);
        }
    }
}

在上述代码中，我们使用Redis实现了分布式锁机制。具体而言，我们在定时任务执行时，首先向Redis中写入一个键值对，然后检查是否成功写入。如果成功写入，则表示当前定时任务获得了锁，可以执行接下来的操作。在定时任务执行完毕后，我们再从Redis中删除该键值对，释放锁资源。

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