Quartz 19-quartz 实现原理
为什么选择Quartz
Quartz是Java领域最著名的开源任务调度工具。Quartz提供了极为广泛的特性如持久化任务，集群和分布式任务等，其特点如下：
完全由Java写成，方便集成(Spring)
伸缩性
负载均衡
高可用性
quartz基本原理
1. 核心元素
Quartz核心要素有Scheduler、Trigger、Job、JobDetail，其中trigger和job、jobDetail为元数据，而Scheduler为实际进行调度的控制器。
Trigger
Trigger用于定义调度任务的时间规则，在Quartz中主要有四种类型的Trigger：SimpleTrigger、CronTrigger、DataIntervalTrigger和NthIncludedTrigger。
Job&Jodetail
Quartz将任务分为Job、JobDetail两部分，其中Job用来定义任务的执行逻辑，而JobDetail用来描述Job的定义（例如Job接口的实现类以及其他相关的静态信息）。对Quartz而言，主要有两种类型的Job，StateLessJob、StateFulJob
Scheduler
实际执行调度逻辑的控制器，Quartz提供了DirectSchedulerFactory和StdSchedulerFactory等工厂类，用于支持Scheduler相关对象的产生。
2. 核心元素间关系
3. 主要线程
在Quartz中，有两类线程，也即执行线程和调度线程，其中执行任务的线程通常用一个线程池维护。
线程间关系如图1-2所示。
在quartz中，Scheduler调度线程主要有两个：regular Scheduler Thread（执行常规调度）和Misfire Scheduler Thread（执行错失的任务）。
其中Regular Thread 轮询Trigger，如果有将要触发的Trigger，则从任务线程池中获取一个空闲线程，然后执行与改Trigger关联的job；
Misfire Thread 则是扫描所有的trigger，查看是否有错失的，如果有的话，根据一定的策略进行处理。
4. 数据存储
Quartz中的trigger和job需要存储下来才能被使用。
Quartz中有两种存储方式：RAMJobStore,JobStoreSupport，其中RAMJobStore是将trigger和job存储在内存中，而JobStoreSupport是基于jdbc将trigger和job存储到数据库中。
RAMJobStore的存取速度非常快，但是由于其在系统被停止后所有的数据都会丢失，所以在集群应用中，必须使用JobStoreSupport。
其中表结构如表1-1所示。
Table name
Description
QRTZ_CALENDARS
存储Quartz的Calendar信息
QRTZ_CRON_TRIGGERS
存储CronTrigger，包括Cron表达式和时区信息
QRTZ_FIRED_TRIGGERS
存储与已触发的Trigger相关的状态信息，以及相联Job的执行信息
QRTZ_PAUSED_TRIGGER_GRPS
存储已暂停的Trigger组的信息
QRTZ_SCHEDULER_STATE
存储少量的有关Scheduler的状态信息，和别的Scheduler实例
QRTZ_LOCKS
存储程序的悲观锁的信息
QRTZ_JOB_DETAILS
存储每一个已配置的Job的详细信息
QRTZ_SIMPLE_TRIGGERS
存储简单的Trigger，包括重复次数、间隔、以及已触的次数
QRTZ_BLOG_TRIGGERS
Trigger作为Blob类型存储
QRTZ_TRIGGERS
存储已配置的Trigger的信息
QRTZ_SIMPROP_TRIGGERSquartz 主要流程
1. 启动流程
若quartz是配置在spring中，当服务器启动时，就会装载相关的bean。
SchedulerFactoryBean实现了InitializingBean接口，因此在初始化bean的时候，会执行afterPropertiesSet方法，该方法将会调用SchedulerFactory(DirectSchedulerFactory 或者 StdSchedulerFactory，通常用StdSchedulerFactory)创建Scheduler。
SchedulerFactory在创建quartzScheduler的过程中，将会读取配置参数，初始化各个组件，关键组件如下：
ThreadPool:一般是使用SimpleThreadPool,SimpleThreadPool创建了一定数量的WorkerThread实例来使得Job能够在线程中进行处理。WorkerThread是定义在SimpleThreadPool类中的内部类，它实质上就是一个线程。
在SimpleThreadPool中有三个list：workers-存放池中所有的线程引用，availWorkers-存放所有空闲的线程，busyWorkers-存放所有工作中的线程；
线程池的配置参数如下所示：
org.quartz.threadPool.class=org.quartz.simpl.SimpleThreadPool
org.quartz.threadPool.threadCount=3
org.quartz.threadPool.threadPriority=5
JobStore:分为存储在内存的RAMJobStore和存储在数据库的JobStoreSupport(包括JobStoreTX和JobStoreCMT两种实现，JobStoreCMT是依赖于容器来进行事务的管理，而JobStoreTX是自己管理事务），若要使用集群要使用JobStoreSupport的方式；
QuartzSchedulerThread:用来进行任务调度的线程，在初始化的时候paused=true,halted=false,虽然线程开始运行了，但是paused=true，线程会一直等待，直到start方法将paused置为false；
另外，SchedulerFactoryBean还实现了SmartLifeCycle接口，因此初始化完成后，会执行start()方法，该方法将主要会执行以下的几个动作：
创建ClusterManager线程并启动线程:该线程用来进行集群故障检测和处理，将在下文详细讨论；
创建MisfireHandler线程并启动线程:该线程用来进行misfire任务的处理，将在下文详细讨论；
置QuartzSchedulerThread的paused=false，调度线程才真正开始调度；
Quartz的整个启动流程如图1-4所示。
2. QuartzSchedulerThread线程
QuartzSchedulerThread线程是实际执行任务调度的线程，其中主要代码如下。
while (!halted.get()) {
int availThreadCount = qsRsrcs.getThreadPool().blockForAvailableThreads();
triggers = qsRsrcs.getJobStore().acquireNextTriggers(now + idleWaitTime,
Math.min(availThreadCount, qsRsrcs.getMaxBatchSize()), qsRsrcs.getBatchTimeWindow());
long triggerTime = triggers.get(0).getNextFireTime().getTime();
long timeUntilTrigger = triggerTime - now;
while (timeUntilTrigger > 2) {
now = System.currentTimeMillis();
timeUntilTrigger = triggerTime - now;
}
List bndle = qsRsrcs.getJobStore().triggersFired(triggers);
for (int i = 0; i WAITING，有状态的trigger->BLOCKED，若nextFireTime==null ->COMPLETE；
commit connection,释放锁；
针对每个要执行的trigger，创建JobRunShell，并放入线程池执行：
execute:执行job
获取TRIGGER_ACCESS锁
若是有状态的job：更新trigger状态：BLOCKED->WAITING,PAUSED_BLOCKED->BLOCKED
若@PersistJobDataAfterExecution，则updateJobData
删除firedTrigger
commit connection，释放锁
调度线程的执行流程如图1-5所示。
- 1-5
调度过程中Trigger状态变化如图1-6所示。
## 3. MisfireHandler线程
下面这些原因可能造成 misfired job:
- 系统因为某些原因被重启。在系统关闭到重新启动之间的一段时间里，可能有些任务会被 misfire；
- Trigger 被暂停（suspend）的一段时间里，有些任务可能会被 misfire；
- 线程池中所有线程都被占用，导致任务无法被触发执行，造成 misfire；
- 有状态任务在下次触发时间到达时，上次执行还没有结束；为了处理 misfired job，Quartz 中为 trigger 定义了处理策略，主要有下面两种：
MISFIRE_INSTRUCTION_FIRE_ONCE_NOW：针对 misfired job 马上执行一次；
MISFIRE_INSTRUCTION_DO_NOTHING：忽略 misfired job，等待下次触发；默认是MISFIRE_INSTRUCTION_SMART_POLICY，该策略在CronTrigger中=MISFIRE_INSTRUCTION_FIRE_ONCE_NOW线程默认1分钟执行一次；在一个事务中，默认一次最多recovery 20个；
### 执行流程：
1. 若配置(默认为true，可配置)成获取锁前先检查是否有需要recovery的trigger，先获取misfireCount；
2. 获取TRIGGER_ACCESS锁；
3. hasMisfiredTriggersInState：获取misfired的trigger，默认一个事务里只能最大20个misfired trigger（可配置），misfired判断依据：status=waiting,next_fire_time WAITING
PAUSED_BLOCKED->PAUSED
ACQUIRED->WAITING
若firedTrigger不是ACQUIRED状态（在执行状态）,且jobRequestRecovery=true:
创建一个SimpleTrigger，存储到trigger表，status=waiting,MISFIRE_INSTR=MISFIRE_INSTRUCTION_IGNORE_MISFIRE_POLICY.
删除firedTrigger
# 注意问题
## 时间同步问题
Quartz实际并不关心你是在相同还是不同的机器上运行节点。当集群放置在不同的机器上时，称之为水平集群。
节点跑在同一台机器上时，称之为垂直集群。对于垂直集群，存在着单点故障的问题。这对高可用性的应用来说是无法接受的，因为一旦机器崩溃了，所有的节点也就被终止了。
对于水平集群，存在着时间同步问题。
节点用时间戳来通知其他实例它自己的最后检入时间。假如节点的时钟被设置为将来的时间，那么运行中的Scheduler将再也意识不到那个结点已经宕掉了。
另一方面，如果某个节点的时钟被设置为过去的时间，也许另一节点就会认定那个节点已宕掉并试图接过它的Job重运行。
最简单的同步计算机时钟的方式是使用某一个Internet时间服务器(Internet Time Server ITS)。
## 节点争抢Job问题
因为Quartz使用了一个随机的负载均衡算法，Job以随机的方式由不同的实例执行。
Quartz官网上提到当前，还不存在一个方法来指派(钉住) 一个 Job 到集群中特定的节点。
## 从集群获取Job列表问题
当前，如果不直接进到数据库查询的话，还没有一个简单的方式来得到集群中所有正在执行的Job列表。
请求一个Scheduler实例，将只能得到在那个实例上正运行Job的列表。
Quartz官网建议可以通过写一些访问数据库JDBC代码来从相应的表中获取全部的Job信息。
# 参考资料
[Quartz 原理解密](https://juejin.cn/post/6844903760624353293)
[分布式定时任务框架原理](https://zhuanlan.zhihu.com/p/33703534)
[Quartz的分布式任务调度应用](https://www.cxyzjd.com/article/zhongwumao/81077503)