SpringBoot中定時任務@Scheduled的多執行緒如何使用

一、@Scheduled註解簡介

#@Scheduled是Spring框架中的一個註解，它可以用來設定定時任務，使得方法可以依照規定的時間間隔定時執行。在使用此註解時，我們可以指定任務的執行時間、循環週期、並發數等參數，從而實現定時任務的功能。在Spring Boot中，@Scheduled註解可以直接應用在方法上。

二、@Scheduled的多執行緒機制

在Spring Boot中，@Scheduled註解是基f於Java的ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor實現的。當我們配置了一個定時任務後，Spring Boot會先建立一個ScheduledThreadPoolExecutor執行緒池，並將定時任務加入到該執行緒池中等待執行。然後，在指定的時間到來之後，執行緒池會為該定時任務指派一個執行緒來執行。如果該定時任務還未執行完畢，在下一個週期到達時，執行緒池會為該任務再次指派一個執行緒來執行。透過這種方式，@Scheduled可以非常方便地實現週期性的定時任務f於Java的ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor實現的。當我們配置了一個定時任務後，Spring Boot會先建立一個ScheduledThreadPoolExecutor執行緒池，並將定時任務加入到該執行緒池中等待執行。然後，在指定的時間到來之後，執行緒池會為該定時任務指派一個執行緒來執行。如果該定時任務還未執行完畢，在下一個週期到達時，執行緒池會為該任務再次指派一個執行緒來執行。透過這種方式，@Scheduled可以非常方便地實現週期性的定時任務。

三、@Scheduled的多執行緒問題

雖然@Scheduled註解非常便捷，但它也存在一些多執行緒的問題，主要體現在以下兩個方面：

1.定時任務未執行完畢時，後續任務可能會受到影響

在使用@Scheduled註解時，我們很容易忽略一個問題：如果定時任務在執行時，下一個週期的任務已經到了，那麼後續任務可能會受到影響。例如，我們定義了一個間隔時間為5秒的定時任務A，在第1秒開始執行，需要執行10秒鐘。在第6秒時，定時任務A還沒結束，此時下一個週期的任務B已經開始等待執行。如果此時線程池中沒有足夠的空閒線程，那麼定時任務B就會被阻塞，無法執行。

2.多個定時任務並發執行可能導致資源競爭

在某些情況下，我們可能需要編寫多個定時任務，這些定時任務可能涉及共享資源，例如資料庫連線、快取物件等。當多個定時任務同時執行時，就會存在資源競爭的問題，可能會導致資料錯誤或系統崩潰。

四、@Scheduled加入執行緒池來處理定時任務

為了避免上述問題，可以將@Scheduled任務交給執行緒池處理。在Spring Boot中，可以透過以下兩種方式將@Scheduled任務加入線程池：

1.使用@EnableScheduling @Configuration配置ThreadPoolTask​​Scheduler

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

在上述程式碼中，我們透過配置ThreadPoolTask​​Scheduler

@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;
    }
}

在上述程式碼中，我們透過設定ThreadPoolTask​​Scheduler來建立一個執行緒池，並使用@EnableScheduling註解將定時任務開啟。其中，setPoolSize方法可以設定執行緒池的大小，預設為1。

2.使用ThreadPoolTask​​Executor

spring.task.scheduling.pool.size=20

在上述程式碼中，我們透過設定ThreadPoolTask​​Executor來建立一個執行緒池，並使用@EnableScheduling註解將定時任務開啟。其中setCorePoolSize、setMaxPoolSize、setQueueCapacity、setKeepAliveSeconds等方法可以用來設定執行緒池的大小和任務佇列等參數。

五、@Scheduled詳細分析

在Spring Boot中，@Scheduled註解是基於Java的ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor實現的。當我們配置了一個定時任務後，Spring Boot會先建立一個ScheduledThreadPoolExecutor執行緒池，並將定時任務加入到該執行緒池中等待執行。然後，在指定的時間到來之後，執行緒池會為該定時任務指派一個執行緒來執行。如果該定時任務還未執行完畢，在下一個週期到達時，執行緒池會為該任務再次指派一個執行緒來執行。透過這種方式，@Scheduled可以非常方便地實現週期性的定時任務。

雖然@Scheduled註解非常便捷，但它也存在一些多執行緒的問題，主要體現在以下兩個方面：######

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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