Comment utiliser le multithreading des tâches planifiées @Scheduled dans SpringBoot

1. Introduction à l'annotation @Scheduled

@Scheduled est une annotation dans le framework Spring Elle peut être utilisée pour configurer des tâches planifiées afin que les méthodes puissent être exécutées régulièrement selon des intervalles de temps spécifiés. Lors de l'utilisation de cette annotation, nous pouvons spécifier le temps d'exécution, la période de cycle, le nombre de concurrence et d'autres paramètres de la tâche pour réaliser la fonction des tâches planifiées. Dans Spring Boot, l'annotation @Scheduled peut être appliquée directement aux méthodes.

2. Mécanisme multi-thread de @Scheduled

Dans Spring Boot, l'annotation @Scheduled est implémentée sur la base de ThreadPoolExecutor et ScheduledThreadPoolExecutor de Java. Lorsque nous configurons une tâche planifiée, Spring Boot crée d'abord un pool de threads ScheduledThreadPoolExecutor et ajoute la tâche planifiée au pool de threads pour attendre l'exécution. Ensuite, une fois l'heure spécifiée arrivée, le pool de threads allouera un thread pour exécuter la tâche planifiée. Si la tâche planifiée n'a pas encore été exécutée, le pool de threads allouera à nouveau un thread à la tâche lors du prochain cycle. De cette façon, @Scheduled peut très facilement implémenter des tâches planifiées périodiques implémentées par ThreadPoolExecutor et ScheduledThreadPoolExecutor de Java. Lorsque nous configurons une tâche planifiée, Spring Boot crée d'abord un pool de threads ScheduledThreadPoolExecutor et ajoute la tâche planifiée au pool de threads pour attendre l'exécution. Ensuite, une fois l'heure spécifiée arrivée, le pool de threads allouera un thread pour exécuter la tâche planifiée. Si la tâche planifiée n'a pas encore été exécutée, lorsque le cycle suivant arrive, le pool de threads allouera à nouveau un thread à la tâche pour exécution. De cette façon, @Scheduled peut facilement implémenter des tâches planifiées périodiques.

3. Problèmes multi-thread avec @Scheduled

Bien que l'annotation @Scheduled soit très pratique, elle présente également des problèmes multi-thread, principalement reflétés dans les deux aspects suivants :

1. , les tâches suivantes peuvent être affectées

Lors de l'utilisation de l'annotation @Scheduled, il est facile pour nous d'ignorer un problème : si la tâche planifiée est exécutée et que la tâche du cycle suivant est arrivée, alors les tâches suivantes peuvent être affectées. Par exemple, nous définissons une tâche planifiée A avec un intervalle de 5 secondes, qui démarre l'exécution à la 1ère seconde et prend 10 secondes pour s'exécuter. À la 6ème seconde, la tâche planifiée A n'est pas encore terminée. À ce moment-là, la tâche B du cycle suivant a commencé en attente d'exécution. S'il n'y a pas suffisamment de threads inactifs dans le pool de threads à ce moment-là, la tâche planifiée B sera bloquée et ne pourra pas être exécutée.

2. L'exécution simultanée de plusieurs tâches planifiées peut conduire à une compétition de ressources

Dans certains cas, nous pouvons avoir besoin d'écrire plusieurs tâches planifiées, et ces tâches planifiées peuvent impliquer des ressources partagées, telles que des connexions à des bases de données, des objets de cache, etc. Lorsque plusieurs tâches planifiées sont exécutées en même temps, il y aura des problèmes de concurrence entre les ressources, ce qui peut entraîner des erreurs de données ou des pannes du système.

4. @Scheduled rejoint le pool de threads pour gérer les tâches planifiées

Afin d'éviter les problèmes ci-dessus, vous pouvez confier la tâche @Scheduled au pool de threads pour traitement. Dans Spring Boot, vous pouvez ajouter des tâches @Scheduled au pool de threads des deux manières suivantes :

1. Utilisez @EnableScheduling + @Configuration pour configurer ThreadPoolTaskScheduler

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

Dans le code ci-dessus, nous créons un pool de threads en configurant ThreadPoolTaskScheduler, Et utilisez l'annotation @EnableScheduling pour activer les tâches planifiées. Parmi eux, la méthode setPoolSize peut définir la taille du pool de threads, qui est par défaut 1.

2. Utilisez 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;
    }
}

Dans le code ci-dessus, nous créons un pool de threads en configurant ThreadPoolTaskExecutor et utilisons l'annotation @EnableScheduling pour activer la tâche planifiée. Parmi elles, setCorePoolSize, setMaxPoolSize, setQueueCapacity, setKeepAliveSeconds et d'autres méthodes peuvent être utilisées pour configurer des paramètres tels que la taille du pool de threads et la file d'attente des tâches.

5. Analyse détaillée de @Scheduled

Dans Spring Boot, l'annotation @Scheduled est implémentée sur la base de ThreadPoolExecutor et ScheduledThreadPoolExecutor de Java. Lorsque nous configurons une tâche planifiée, Spring Boot crée d'abord un pool de threads ScheduledThreadPoolExecutor et ajoute la tâche planifiée au pool de threads pour attendre l'exécution. Ensuite, une fois l'heure spécifiée arrivée, le pool de threads allouera un thread pour exécuter la tâche planifiée. Si la tâche planifiée n'a pas encore été exécutée, le pool de threads allouera à nouveau un thread à la tâche lors du prochain cycle. De cette façon, @Scheduled peut facilement implémenter des tâches planifiées périodiques.

Bien que l'annotation @Scheduled soit très pratique, elle présente également quelques problèmes de multi-thread, qui se reflètent principalement dans les deux aspects suivants :

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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