深入了解 Spring 之 Spring Batch 框架-java

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深入了解 Spring 之 Spring Batch 框架

作者：邱学喆

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2021-8-6

编辑推荐:

本文主要介绍了spring batch的概念、 batch 中所涉及的概念以及对应的类图、具体如何创建这些类等相关内容。
本文来自于 InfoQ ，由火龙果软件Anna编辑、推荐。

一. 概述

spring batch 是 spring 提供的一个数据处理框架，其功能包括记录/跟踪，事务管理，作业统计，作业重启，跳过和资源管理等。它还提供了更高级的技术服务和功能，通过优化和分区技术实现极高容量和高性能的批处理作业。

首先会对其框架所涉及到概念进行讲解，接着对其框架大体原理进行解读。

二. 概念及原理

1. JobLauncher

该接口是启动任务的主要入口，其入参是 Job 实例，以及 Job 对应的参数信息。其实现类为 SImpleJobLauncher 类，其里面有两个关键的属性成员：

·jobRepository 保存任务或者检索任务的信息；

·taskExecutor 任务执行器，主要是同步执行还是异步执行任务；

流程图如下：

每个 Step 的运行状态都有哪些，可以查看 BatchStatus 枚举类，后面有对其状态进行介绍。

2. Job

我们执行的任务，该任务就是 Job 接口下的实现类，其类图如下：

AbstractJob 的属性介绍：

·restartable 是否允许重跑

·name 任务名

·listener 监听器

·jobParametersIncrementer 获取下一个 JobParameters 对象，其实质是对 JobParameters 上添加一个自增或者随机的 KV 对象；

·jobParametersValidator 是对 JobParameters 校验；

·stepHandler 执行 Step 的适配器。

下面的子类是根据 Step 的组成规则不一样。

·SimpleJob 是按照“顺序式”执行 Step。

·FlowJob 按照“流式”执行 Step，其具体执行过程由 Flow 接口的子类来实现。

一个 Job 的执行过程如下：

SimpleJob 子类的 doExecute 方法

protected void doExecute(JobExecution execution) throws JobInterruptedException, JobRestartException,
StartLimitExceededException {
StepExecution stepExecution = null;
for (Step step : steps) {
//遍历集合中的step，通过StepHandler去执行Step
stepExecution = handleStep(step, execution);
if (stepExecution.getStatus() != BatchStatus.COMPLETED) {
break;
}
}
if (stepExecution != null) {
//设置执行完状态以及退出状态
execution.upgradeStatus (stepExecution.getStatus());
execution.setExitStatus (stepExecution.getExitStatus());
}
}

FlowJob 子类的 doExecute 方法

protected void doExecute (final JobExecution execution) throws JobExecutionException {
try {
JobFlowExecutor executor = new JobFlowExecutor (getJobRepository(),
new SimpleStepHandler (getJobRepository()), execution);
//通过Flow执行
executor.updateJobExecutionStatus (flow.start(executor).getStatus());
}
catch (FlowExecutionException e) {
if (e.getCause() instanceof JobExecutionException) {
throw (JobExecutionException) e.getCause();
}
throw new JobExecutionException ("Flow execution ended unexpectedly", e);
}
}

2.1 JobExecution

从 SimpleLauncher 流程图中以及 Job 的流程图中，一直都有 JobExecution 影子存在；JobExecution 是记录 Job 执行过程中的信息；JobExecution 类含有的关键属性如下：

·JobParameters 记录 Job 开始运行时传递过来的参数

·stepExecutions 记录 Job 中每个 Step 的运行过程中的信息

·status 记录 Job 运行的状态

COMPLETED -0-完成状态

STARTING -1-开始中状态，创建 JobExecution 以及 StepExecution 的默认状态

STARTED -2-已开始状态

STOPPING -3-停止中状态

STOPPED -4-已停止状态，主要是 JobInterruptedException 异常

FAILED -5-失败状态

ABANDONED -6-中断状态

UNKNOWN -7-未知状态，主要是系统异常，都归为未知异常

·startTime 任务开始时间

·createTime JobExecution 的创建时间

·endTime 任务结束时间

·lastUpdate 上一次更新时间

·exitStatus 任务退出的状态，batch 提供了默认的几个状态

EXECUTING -1-执行中状态

COMPLETED -2-完成状态

NOOP -3-任务未做任何处理状态

STOPPED -4-停止状态，主要是 JobInterruptedException 中断异常，使其停止

NO_SUCH_JOB ，没有对应的任务异常，主要是对于 NoSuchJobException 异常

FAILED -5-失败状态

UNKNOWN -6-未知状态，是 JobExecution 的默认状态，主要是系统异常，都归为未知异常。

·executionContext 任务执行过程的上下文，主要用于参数的传递。

·failureExceptions 保存任务执行异常堆栈信息

2.2 JobExecutionListener

Job 执行过程中提供了监听器，暴露的两个接口：

public interface JobExecutionListener {
void beforeJob(JobExecution jobExecution);
void afterJob(JobExecution jobExecution);
}

其实质并不是监听器，可以理解为前后置处理器，通过对 JobExecution 的修改，从而影响对 Job 在执行过程中的行为；

3. Step

在讲解 Step 之前，需要对其 StepHandler 接口进行解读，因为 Job 并不是直接调用 Step 的实现类的，而是通过 StepHandler 的实现类去调用 Step 的实现类的；换句话说，StepHandler 就是一个 Job 与 Step 之间的桥梁，充当适配器。

3.1 StepHandler

StepHandler 接口的实现类，主要是 SimpleStepHandler。其入口是 handleStep 方法，查阅其代码，大体得出其流程图如下：

整体而言的话，主要分为一下场景：

如果上一个任务对应的 Step 执行成功

3.2 Step 接口及实现类

Step 接口的抽象类 AbstractStep 是主要的 Step 执行的主要入口，接着里面会调用对应子类所有的特性方法 doExecute方法；具体流程图如下：

上面的流程图，重点关注的状态以及退出状态的设置

3.2.1 StepExecution

·jobExecution 该 Step 所归属的 Job 对应的执行实例

·stepName 名称

·status 运行状态

COMPLETED -0-完成状态

STARTING -1-开始中状态，创建 JobExecution 以及 StepExecution 的默认状态

STARTED -2-已开始状态

STOPPING -3-停止中状态

STOPPED -4-已停止状态，主要是 JobInterruptedException 异常

FAILED -5-失败状态

ABANDONED -6-中断状态

UNKNOWN -7-未知状态，主要是系统异常，都归为未知异常

·readCount 读次数的统计

·writeCount 写次数的统计

·commitCount 提交次数的统计

·rollbackCount 回滚次数的统计

·readSkipCount 跳过读次数的统计

·processSkipCount 跳过处理次数的统计

·writeSkipCount 跳过写入次数的统计

·startTime 创建 StepExecution 的时间

·endTime 结束时间

·lastUpdated 上一次更新时间

·executionContext step 执行上下文

·exitStatus 退出状态

EXECUTING -1-执行中状态

COMPLETED -2-完成状态

NOOP -3-任务未做任何处理状态，

STOPPED -4-停止状态，主要是 JobInterruptedException 中断异常，使其停止

FAILED -5-失败状态

UNKNOWN -6-未知状态，是 JobExecution 的默认状态，主要是系统异常，都归为未知异常。

·terminateOnly 是否中断标志

·filterCount 过滤次数的统计

·failureExceptions 异常堆栈信息

3.2.2 AbstractStep 的子类

类图如下：

·PartitionStep

是有关将任务 Step 进行拆分处理的实例，具体交由其属性成员进行处理，该类相当于是一个门面对象。

看到 PartitionStep 中包含了三个关键的属性成员，具体工作是交给其成员完成的；

stepExecutionSplitter 将当前 Step 拆分多个 Step，其原理是基于当前 StepExecution 对象，创建多个子 StepExecution 对象；

partitionHandler 是将 stepExecutionSplitter 拆分后的子 StepExecution 集合进行执行，我们可以如下类图，在 TaskExecutionParitionHandler 中包含了一个 Step 属性，意味着多次执行属性 step 对象的动作的。

stepExecutionAggregator 是将 partitionHandler 执行完的结果进行归集；

在 spring-batch 中提供了默认的实现类，但我们可以拓展，可以有效的提供批数据的处理效率。例如，采用远程分片，如通过接口形式，消息中间件形式等方式。具体的做法是实现 PartitionHandler 接口。

·TaskletStep

执行 Tasklet 接口的任务 Step。在我们常规开发中，主要是使用的就是该类；在 spring batch 框架，TaskletStep 是重点，而且也是较为复杂的；后面抽出来进行解读；我们先看一下其属性：

stepOperations 重复操作对象，意味着，Tasklet 不是一次性处理所有数据，而是分批次进行处理的；

chunkListener 监听器，处理过程中所触发的事件

interruptionPolicy 中断策略，每次循环，都要去检测是否已经触发了中断；

stream 流操作，主要是执行过程中打开，更新、关闭流对应的句柄；

transactionManager 事务管理器

transactionAttribute 事务属性

tasklet 执行数据处理的对象；

·DecisionStep

是决策路由的任务 step，得配合 Flow 才能起到效果；在 Flow 中是根据 step 的退出状态 ExitStatus 来进行路由的；该类得实现 Decider 接口。

·JobStep

执行子 Job 的任务 Step

·FlowStep

执行 Flow 的任务 Step

在我们代码开发中，主要是围绕着 TaskletStep 以及 PartitionStep 进行数据处理的；

3.3 StepListener

类图如下：

在 AbstractStep 执行过程，主要触发的 StepExecutionListener

其余的监听器，都是 Tasklet 接口的子类所触发的；后面对 Tasklet 接口解读时，进行说明；

4. TaskletStep

我们先看 TaskletStep 的处理逻辑；

protected void doExecute (StepExecution stepExecution) throws Exception {
stepExecution.getExecutionContext( ).put (TASKLET_TYPE_KEY, tasklet.getClass().getName());
stepExecution.getExecutionContext( ).put(STEP_TYPE_KEY, this.getClass().getName());
//流更新操作
stream.update( stepExecution.getExecutionContext( ));
getJobRepository( ).updateExecutionContext (stepExecution);
//创建信号锁
final Semaphore semaphore = createSemaphore();
//对当前数据处理任务进行拆分数据
stepOperations.iterate (new StepContextRepeatCallback (stepExecution) {
@Override
public RepeatStatus doInChunkContext (RepeatContext repeatContext, ChunkContext chunkContext)
throws Exception {
StepExecution stepExecution = chunkContext.getStepContext( ).getStepExecution();
// 中断检测
interruptionPolicy.checkInterrupted (stepExecution);
RepeatStatus result;
try {
//ChunkTransactionCallback 是TaskletStep内部类，在执行ChunkTransactionCallback时，
//具体是交由Tasklet实例去进行数据处理；
result = new TransactionTemplate (transactionManager, transactionAttribute)
.execute(new ChunkTransactionCallback (chunkContext, semaphore));
}
catch (UncheckedTransactionException e) {
// Allow checked exceptions to be thrown inside callback
throw (Exception) e.getCause();
}

chunkListener.afterChunk(chunkContext);
// 中断检测
interruptionPolicy.checkInterrupted (stepExecution);
return result == null ? RepeatStatus.FINISHED : result;
}
});
}

4.1 RepeatOperations

类图如上，既然 RepeatOperations 是重复操作实例，该实现类就需要有一种机制，检测是否已经完成；我们看到 RepeatTemplate 类中有 CompletionPolicy 属性，是检测数据处理是否完成；如果在循环处理中，其中有一个循环出现了问题，需要如何处理该异常，是停止数据处理，向上抛出异常；还是简单的打印异常，继续下一次循环处理；

我们看到 TaskExecutionRepeatTemplate 类中有 TaskEsecutor 属性，意味可以采用异步的形式进行数据处理；

我们查看其关键的代码，流程图如下：

上面的流程图比较粗糙，大体罗列了核心的逻辑，细节的需要具体查看代码；

具体完成策略的，具体查看其实现类；这里不在罗列；

4.2 Tasklet

Tasklet 接口的主要的实现类为 ChunkOrientedTasklet，其类图如下：

其关键的属性：

·chunkProcessor 对数据进行处理的接口，其实现类中包含的主要的接口为 ItemProcessor 和 ItemWriter。

ItemProcessor 是对 ItemReader 获取的数据进行处理

ItemWriter 是对 ItemProcessor 处理后的数据进行写入操作

·ChunkProvider 提供数据的接口，其实现类中包含的主要的接口为 ItemReader。

ItemReader 是提供数据的接口

·chunkListener 对 Chunk 进行监听；

流程图如下：

上面只是粗糙的罗列的主要的核心流程图，该流程图并未包含 FaultTolerantChunkProcessor 类的逻辑；

·FaultTolerantChunkProcessor 主要是容错性处理，如执行失败时进行重试，重试依然失败，则执行对应回调处理；目前没有对其进行过多详细解读；有需要，可以重点去查阅该代码；

ItemReader、ItemProcessor 和 ItemWriter 这三个接口，提供了更加灵活的设置。如可以通过远程的形式去获取，处理，写入等操作；

在 batch 框架中，提供了很多有关 ItemReader，ItemProcessor 和 ItemWriter 接口的实现类；可以有效的减少开发人员的工作量；我们具体罗列我们常用的实现类。主要是文件解析，以及数据库操作等；

·FlatFileItemReader 基于文件解析的，按照行进行解析的，解析规则交给 LineMapper 进行处理；

·AbstractPagingItemReader 基于分页形式进行获取数据，其实现类大多数都是数据库查询；下面罗列了 JDBC 层的分页查询；

当然还有很多 ItemReader 的实现类，例如消息间的 JmsItemReader，KafkaItemReader 等

ItemWriter 也对应有文件以及数据库层面上的写入操作，类图如下：

5. Flow

相关类图如下：

Flow 接口的实现类为 SimpleFlow，主要的组成接口有 StateTransition 连接起来。而 StateTransition 中的 State 接口，其有很多实现类，类图如下：

从上类图来看，意味着 Flow 可以将 Step 和子 Flow 组合成链路起来，以及决策 DecisionState 来决定将要执行的下一个 State。我们具体看一下“链表“是如何工作的？大体的流程图如下：

简单来讲，其是通过 FlowExecutionStatus 来决定执行哪一个节点的，在 batch 中提供了默认的状态；

·COMPLETED 完成状态

·STOPPED 停止状态

·FAILED 失败状态

·UNKNOWN 位置状态

但是我们依然可以拓展其状态，来决定匹配到下一个节点的执行判断；

6. JobRepository 及 Entity

在 batch 中会记录各个 Job 以及 Step 的执行情况，其相对应的提供的主要的接口为 JobRepository，其类图如下：

在 SimpleJobRepository 包含里四个 dao 操作，其都是以接口的形式暴露出来；具体交由开发人员指定，是以内存形式操作，还是数据库形式操作；这里还有一些逻辑，这里不在进行解读，具体查看其代码；

每个 Job 以及 Step 在执行中都会创建一个执行实例 Execution 对象，来记录其过程信息，类图如下：

7. JobOperator

上面罗列了有关 Job 的运行过程的大体逻辑；并没有对其进行管理；

在 spring-batch 框架提供了这样的一个接口 JobOperator，可以对其进行管理；

我们重点关注其中几个方法，方法如下：

public interface JobOperator {

//开启任务执行
Long start(String jobName, String parameters) throws NoSuchJobException, JobInstanceAlreadyExistsException, JobParametersInvalidException;

//重新启动任务
Long restart(long executionId) throws JobInstanceAlreadyCompleteException, NoSuchJobExecutionException,
NoSuchJobException, JobRestartException, JobParametersInvalidException;

//停止任务的执行
boolean stop(long executionId) throws NoSuchJobExecutionException, JobExecutionNotRunningException;

//中断任务的执行
JobExecution abandon (long jobExecutionId) throws NoSuchJobExecutionException, JobExecutionAlreadyRunningException;
}

8. 总结

上面大体罗列了 batch 中所涉及的概念以及对应的类图，粗略的流程图；

可能看着有点被绕晕了，但只要围绕 Job 的状态以及 Step 状态进行查看其过程，但我梳理了很久依然无法确认其状态间切换的准确逻辑，有点复杂；但我们可以不用管其状态间切换，因为依然有异常抛出，其会记录堆栈信息，我们去查看其堆栈信息即可；

Step 之间是如何传参的，这个需要重点指出；每个 Step 执行都会创建 StepExecution 对象，该对象中的 ExecutionContext 是只会在 Step 内部使用，并不会传递给下一个 Step；但 StepExecution 对象中包含 JobExecution 对象，我们可以对 JobExecution 对象中的 ExecutionContext 对象进行设置，这样子可以到下一个 StepExecution 可以拿到想要的参数；

另外完成策略接口 CompletionPolicy，可以具体查阅对应实现类，以及在其他类中使用的对应的实现类；相信会很快把握其逻辑信息；

三. 构建

上面罗列了关键的类，那么具体是如何创建这些类的；

3.1 Job 构建

Job 构建通过 JobBuilderHelper 的子类以及 FlowBuilder 进行构建；类图如下；

3.2 Step 构建

Step 构建通过 StepBuilderHelper 的子类进行构建，类图如下：

配置 JobRepository 通过 AbstractJobRepositoryFactoryBean 抽象中子类进行构建，类图就不展示；

3.3 JobRepository 构建

相关属性成员的介绍，待后续进行补充；

3.4 总结

相信，通过上述的构建的相关类结构进行展示，相信对整个 spring-batch 框架的使用以及如何构建有大概的了解；

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