Java日期时间API系列29-----Jdk8中java.time包中的新的日期时间API类，Java定时任务job中cron表达式计算应用。

　　Java开发过程中经常会用到定时任务job的场景，比如定时处理数据报表等问题，开源作业调度框架也非常多，常用的开源作业调度框架有：Spring Task、Quartz和xxl-job等。各个框架的具体使用不再这里讨论，这里主要讨论一下其中cron表达式的计算应用，xk-time中的应用。

1.Spring Task中cron表达式的计算应用

1.1 源码

Spring Task包含在spring-context的jar包中，org.springframework.scheduling.support.CronSequenceGenerator类。

（1）基本属性，秒 分 小时 月份中的日期 月份 星期中的星期 总共6位

public class CronSequenceGenerator {

    private final String expression;//cron表达式

    
    private final TimeZone timeZone;//时区

    private final BitSet months = new BitSet(12);//月

    private final BitSet daysOfMonth = new BitSet(31);//日

    private final BitSet daysOfWeek = new BitSet(7);//星期

    private final BitSet hours = new BitSet(24);//小时

    private final BitSet minutes = new BitSet(60);//分钟

    private final BitSet seconds = new BitSet(60);//秒

（2）表达式中支持的特殊字符:, - * ? / 分别是枚举，范围，任意值，任意值，间隔，不同字段使用有所区别，后面详细说明。

 详细见 org.springframework.scheduling.support.CronSequenceGenerator.parse(String)

2.Quartz和xxl-job中cron表达式的计算应用

Quartz中的是org.quartz.CronExpression 在所有的cron表达式中使用比较广泛，xxl-job中借用了Quartz中的CronExpression com.xxl.job.admin.core.cron.CronExpression。

2.1 源码

（1）基本属性，秒 分钟 小时 天 月份 星期 年 总共7位，比SpringTask多一位年

    private final String cronExpression;//cron表达式
    private TimeZone timeZone = null;//时区
    protected transient TreeSet<Integer> seconds;//秒
    protected transient TreeSet<Integer> minutes;//分钟
    protected transient TreeSet<Integer> hours;//小时
    protected transient TreeSet<Integer> daysOfMonth;//天
    protected transient TreeSet<Integer> months;//月
    protected transient TreeSet<Integer> daysOfWeek;//星期
    protected transient TreeSet<Integer> years;//年

（2）表达式中支持的特殊字符:, - * ? /  L W #分别是枚举，范围，任意值，任意值，间隔，最后，有效工作日(周一到周五)，每个月第几个星期几，不同字段使用有所区别，后面详细说明。比SpringTask多了3个 L W #。

 详细见 org.quartz.CronExpression.buildExpression(String)

3.Cron表达式规则详解

从1和2中源码看出，Spring Task中cron规则为Quartz的子集。Quartz的使用更为广泛。下面以Quartz为例介绍：

Cron表达式是一个字符串，字符串以5或6个空格隔开，分为6或7个域，每一个域代表一个含义，Cron有如下语法格式：

seconds minutes hours daysOfMonth months daysOfWeek years（可选）  其中years为可选。

3.1、结构

　　corn从左到右（用空格隔开）：秒 分 小时 日期 月份 星期 年份

3.2、各字段的含义

字段	允许值	允许的特殊字符
秒（Seconds）	0~59的整数	, - * /    四个字符
分（Minutes）	0~59的整数	, - * /    四个字符
小时（Hours）	0~23的整数	, - * /    四个字符
日期（DayofMonth）	1~31的整数（但是你需要考虑你月的天数）	,- * ? / L W C     八个字符
月份（Months）	1~12的整数或者 JAN-DEC	, - * /    四个字符
星期（DayofWeek）	1~7的整数或者 SUN-SAT （1=SUN）	, - * ? / L C #     八个字符
年(可选，留空)（Years）	1970~2099	, - * /    四个字符

　　注意事项：

　　每一个域都使用数字，但还可以出现如下特殊字符，它们的含义是：

　　（1）*：表示匹配该域的任意值。假如在Minutes域使用*, 即表示每分钟都会触发事件。

　　（2）?：只能用在DayofMonth和DayofWeek两个域。它也匹配域的任意值，但实际不会。因为DayofMonth和DayofWeek会相互影响。例如想在每月的20日触发调度，不管20日到底是星期几，则只能使用如下写法： 13 13 15 20 * ?, 其中最后一位只能用？，而不能使用*，如果使用*表示不管星期几都会触发，实际上并不是这样。

　　（3）-：表示范围。例如在Minutes域使用5-20，表示从5分到20分钟每分钟触发一次 

　　（4）/：表示起始时间开始触发，然后每隔固定时间触发一次。例如在Minutes域使用5/20,则意味着5分钟触发一次，而25，45等分别触发一次. 

　　（5）,：表示列出枚举值。例如：在Minutes域使用5,20，则意味着在5和20分每分钟触发一次。 

　　（6）L：表示最后，只能出现在DayofWeek和DayofMonth域。如果在DayofWeek域使用5L,意味着在最后的一个星期四触发。 

　　（7）W:表示有效工作日(周一到周五),只能出现在DayofMonth域，系统将在离指定日期的最近的有效工作日触发事件。例如：在 DayofMonth使用5W，如果5日是星期六，则将在最近的工作日：星期五，即4日触发。如果5日是星期天，则在6日(周一)触发；如果5日在星期一到星期五中的一天，则就在5日触发。另外一点，W的最近寻找不会跨过月份 。

　　（8）LW:这两个字符可以连用，表示在某个月最后一个工作日，即最后一个星期五。 

　　（9）#:用于确定每个月第几个星期几，只能出现在DayofMonth域。例如在4#2，表示某月的第二个星期三。

3.3、常用表达式例子

　　（1）0 0 2 1 * ? *   表示在每月的1日的凌晨2点调整任务

　　（2）0 15 10 ? * MON-FRI   表示周一到周五每天上午10:15执行作业

　　（3）0 15 10 ? * 6L 2002-2006   表示2002-2006年的每个月的最后一个星期五上午10:15执行作

　　（4）0 0 10,14,16 * * ?   每天上午10点，下午2点，4点 

　　（5）0 0/30 9-17 * * ?   朝九晚五工作时间内每半小时 

　　（6）0 0 12 ? * WED    表示每个星期三中午12点 

　　（7）0 0 12 * * ?   每天中午12点触发 

　　（8）0 15 10 ? * *    每天上午10:15触发 

　　（9）0 15 10 * * ?     每天上午10:15触发 

　　（10）0 15 10 * * ? *    每天上午10:15触发 

　　（11）0 15 10 * * ? 2005    2005年的每天上午10:15触发 

　　（12）0 * 14 * * ?     在每天下午2点到下午2:59期间的每1分钟触发 

　　（13）0 0/5 14 * * ?    在每天下午2点到下午2:55期间的每5分钟触发 

　　（14）0 0/5 14,18 * * ?     在每天下午2点到2:55期间和下午6点到6:55期间的每5分钟触发 

　　（15）0 0-5 14 * * ?    在每天下午2点到下午2:05期间的每1分钟触发 

　　（16）0 10,44 14 ? 3 WED    每年三月的星期三的下午2:10和2:44触发 

　　（17）0 15 10 ? * MON-FRI    周一至周五的上午10:15触发 

　　（18）0 15 10 15 * ?    每月15日上午10:15触发 

　　（19）0 15 10 L * ?    每月最后一日的上午10:15触发 

　　（20）0 15 10 ? * 6L    每月的最后一个星期五上午10:15触发 

　　（21）0 15 10 ? * 6L 2002-2005   2002年至2005年的每月的最后一个星期五上午10:15触发 

　　（22）0 15 10 ? * 6#3   每月的第三个星期五上午10:15触发

　　

　　注：

　　（1）有些子表达式能包含一些范围或列表

　　例如：子表达式（天（星期））可以为 “MON-FRI”，“MON，WED，FRI”，“MON-WED,SAT”

“*”字符代表所有可能的值

　　因此，“*”在子表达式（月）里表示每个月的含义，“*”在子表达式（天（星期））表示星期的每一天

　　“/”字符用来指定数值的增量 
　　例如：在子表达式（分钟）里的“0/15”表示从第0分钟开始，每15分钟 
在子表达式（分钟）里的“3/20”表示从第3分钟开始，每20分钟（它和“3，23，43”）的含义一样

　　“？”字符仅被用于天（月）和天（星期）两个子表达式，表示不指定值 
　　当2个子表达式其中之一被指定了值以后，为了避免冲突，需要将另一个子表达式的值设为“？”

　　“L” 字符仅被用于天（月）和天（星期）两个子表达式，它是单词“last”的缩写 
　　但是它在两个子表达式里的含义是不同的。 
　　在天（月）子表达式中，“L”表示一个月的最后一天 
　　在天（星期）自表达式中，“L”表示一个星期的最后一天，也就是SAT

　　如果在“L”前有具体的内容，它就具有其他的含义了

　　例如：“6L”表示这个月的倒数第６天，“FRIL”表示这个月的最一个星期五 
　　注意：在使用“L”参数时，不要指定列表或范围，因为这会导致问题

4.xk-time中的cron表达式工具 CronExpressionUtil

　　本来想在xk-time中自己实现cron表达式解析和计算，但cron表达式是一个标准，有成熟的实现方案，并且后续维护也是问题，xxl-job其中使用了Quartz，Quartz会不断维护相关源码，这里也使用Quartz的CronExpression，并会定期根据Quartz更新代码。

包含
（1）验证和格式化Cron表达式方法，isValidExpression和formatExpression。
（2）生成下一个或多个执行时间方法，getNextTime和getNextTimeList。
（3）生成下一个或多个执行时间的日期格式化（yyyy-MM-dd HH:mm:ss）方法，getNextTimeStr和getNextTimeStrList。
（4）对比Cron表达式下一个执行时间是否与指定date相等方法，isSatisfiedBy。

注意： 底层使用 quartz的CronExpression处理。

4.1 源码

package com.xkzhangsan.time.cron;

import java.text.ParseException;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Date;
import java.util.List;

import com.xkzhangsan.time.formatter.DateTimeFormatterUtil;
import com.xkzhangsan.time.utils.CollectionUtil;

/**
 * Cron表达式工具
 * 包含
 * 1.验证和格式化Cron表达式方法，isValidExpression和formatExpression
 * 2.生成下一个或多个执行时间方法，getNextTime和getNextTimeList
 * 3.生成下一个或多个执行时间的日期格式化（yyyy-MM-dd HH:mm:ss）方法，getNextTimeStr和getNextTimeStrList
 * 4.对比Cron表达式下一个执行时间是否与指定date相等方法，isSatisfiedBy
 * 
* @ClassName: CronExpressionUtil 
* @Description: CronExpressionUtil
* @author xkzhangsan
* @date 2020年4月16日
*
*使用 quartz CronExpression
 */
public class CronExpressionUtil {

    private CronExpressionUtil(){
    }
    
    /**
     * 验证Cron表达式
     * @param cronExpression
     * @return
     */
    public static boolean isValidExpression(String cronExpression){
        return CronExpression.isValidExpression(cronExpression);
    }
    
    /**
     * 格式化Cron表达式
     * @param cronExpression
     * @return
     */
    public static String formatExpression(String cronExpression){
        try {
            return new CronExpression(cronExpression).toString();
        } catch (ParseException e) {
            throw new RuntimeException(e.getMessage());
        }
    }
    
    /**
     * 生成下一个执行时间
     * @param cronExpression
     * @param date
     * @return
     */
    public static Date getNextTime(String cronExpression, Date date){
        try {
            if(date != null){
                return new CronExpression(cronExpression).getNextValidTimeAfter(date);
            }else{
                return new CronExpression(cronExpression).getNextValidTimeAfter(new Date());
            }
        } catch (ParseException e) {
            throw new RuntimeException(e.getMessage());
        }
    }
    
    /**
     * 生成下一个执行时间
     * @param cronExpression
     * @return
     */
    public static Date getNextTime(String cronExpression){
        return getNextTime(cronExpression, null);
    }
    
    /**
     * 生成下一个执行时间的日期格式化
     * @param cronExpression
     * @param date
     * @return 返回格式化时间 yyyy-MM-dd HH:mm:ss
     */
    public static String getNextTimeStr(String cronExpression, Date date){
        return DateTimeFormatterUtil.formatToDateTimeStr(getNextTime(cronExpression, date));
    }
    
    /**
     * 生成下一个执行时间的日期格式化
     * @param cronExpression
     * @return 返回格式化时间 yyyy-MM-dd HH:mm:ss
     */
    public static String getNextTimeStr(String cronExpression){
        return getNextTimeStr(cronExpression, null);
    }
    
    /**
     * 生成多个执行时间
     * @param cronExpression
     * @param date
     * @param num
     * @return
     */
    public static List<Date> getNextTimeList(String cronExpression, Date date, int num){
        List<Date> dateList = new ArrayList<>();
        if(num < 1){
            throw new RuntimeException("num must be greater than 0");
        }
        Date startDate = date != null ? date : new Date();
        for(int i=0; i<num; i++){
            startDate = getNextTime(cronExpression, startDate);
            if(startDate != null){
                dateList.add(startDate);
            }
        }
        return dateList;
    }
    
    /**
     * 生成多个执行时间
     * @param cronExpression
     * @param num
     * @return
     */
    public static List<Date> getNextTimeList(String cronExpression, int num){
        return getNextTimeList(cronExpression, null, num);
    }
    
    /**
     * 生成多个执行时间的日期格式化
     * @param cronExpression
     * @param date
     * @param num
     * @return 返回格式化时间 yyyy-MM-dd HH:mm:ss
     */
    public static List<String> getNextTimeStrList(String cronExpression, Date date, int num){
        List<String> dateStrList = new ArrayList<>();
        List<Date> dateList = getNextTimeList(cronExpression, date, num);
        if(CollectionUtil.isNotEmpty(dateList)){
            dateList.stream().forEach(d->{
                String dateStr = DateTimeFormatterUtil.formatToDateTimeStr(d);
                dateStrList.add(dateStr);
            });
        }
        return dateStrList;
    }
    
    /**
     * 生成多个执行时间的日期格式化
     * @param cronExpression
     * @param num
     * @return 返回格式化时间 yyyy-MM-dd HH:mm:ss
     */
    public static List<String> getNextTimeStrList(String cronExpression, int num){
        return getNextTimeStrList(cronExpression, null, num);
    }
    
    /**
     * 对比Cron表达式下一个执行时间是否与指定date相等
     * @param cronExpression
     * @param date
     * @return
     */
    public static boolean isSatisfiedBy(String cronExpression, Date date){
        try {
            return new CronExpression(cronExpression).isSatisfiedBy(date);
        } catch (ParseException e) {
            throw new RuntimeException(e.getMessage());
        }
    }

}

4.2 测试代码

package com.xkzhangsan.time.test;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.Date;
import java.util.List;

import org.junit.Test;

import com.xkzhangsan.time.cron.CronExpressionUtil;
import com.xkzhangsan.time.formatter.DateTimeFormatterUtil;

public class CronExpressionTest {

    /**
     * Cron表达式工具测试
     */
    @Test
    public void cronExpressionTest(){
        //验证cron,0 0 2 1 * ? *   表示在每月的1日的凌晨2点触发
        System.out.println(CronExpressionUtil.isValidExpression("0 0 2 1 * ? *"));
        //格式化cron
        System.out.println(CronExpressionUtil.formatExpression(" * * * * * ? *"));
        //下一个运行时间
        System.out.println(CronExpressionUtil.getNextTimeStr("10 * * * * ?"));
        //多个下一个运行时间
        System.out.println(CronExpressionUtil.getNextTimeStrList("10 * * * * ?", 10));
        //对比Cron表达式下一个执行时间是否与指定date相等
        Date date = new Date();
        String cronExpression = "0 10 * * * ?";
        Date nextDate = CronExpressionUtil.getNextTime(cronExpression, date);
        System.out.println(CronExpressionUtil.isSatisfiedBy(cronExpression, nextDate));
    }
    
    /**
     * 特殊周期cron，不能被字段范围整除的周期值，比如：每隔40s执行，需要多个cron组合使用
     */
    @Test
    public void cronExpressionSpecialPeriodTest(){
        List<Date> dateList = new ArrayList<Date>();
        dateList.addAll(CronExpressionUtil.getNextTimeList("0 0/2 * * * ? ", 3));
        dateList.addAll(CronExpressionUtil.getNextTimeList("40 0/2 * * * ? ", 3));
        dateList.addAll(CronExpressionUtil.getNextTimeList("20 1/2 * * * ? ", 3));
        Collections.sort(dateList);
        dateList.stream().forEach(date->{
            System.out.println(DateTimeFormatterUtil.formatToDateTimeStr(date));
            });
    }
}

输出：

true
 * * * * * ? *
2020-04-17 09:44:10
[2020-04-17 09:44:10, 2020-04-17 09:45:10, 2020-04-17 09:46:10, 2020-04-17 09:47:10, 2020-04-17 09:48:10, 2020-04-17 09:49:10, 2020-04-17 09:50:10, 2020-04-17 09:51:10, 2020-04-17 09:52:10, 2020-04-17 09:53:10]
true

2020-04-30 17:57:20
2020-04-30 17:58:00
2020-04-30 17:58:40
2020-04-30 17:59:20
2020-04-30 18:00:00
2020-04-30 18:00:40
2020-04-30 18:01:20
2020-04-30 18:02:00
2020-04-30 18:02:40

提示：

特殊周期cron，不能被字段范围整除的周期值，比如：每隔40s执行，需要多个cron组合使用 需要多个cron 组合使用（1） 0 0/3 * * * ? （2）40 1/3 * * * ? （3）20 2/3 * * * ?

如果只使用，0/40 * * * * ? 会出现执行间隔为 40,20.40等，达不到希望的效果。

参考：https://www.cnblogs.com/yanghj010/p/10875151.html

源代码地址：https://github.com/xkzhangsan/xk-time