spring cron表达式源码分析

在springboot中，我们一般是通过如下的做法添加一个定时任务

上面的new CronTrigger("0 * * * * *")中的参数0 * * * * *就是cron表达式了。

这里主要是对cron表达式的源码进行分析，其他内容不再展开了。

这能看到会创建一个CronTrigger对象，这个对象它主要就是用来包装解析后的cron表达式，获取任务下次执行的时间。

在CronTrigger构造方法中会调用到this.expression = CronExpression.parse(expression);将我们传入的cron字符串解析成为CronExpression对象。

CronExpression主要有一个next方法，它会根据当前cron表达式解析出来的对象，以及传入的时间，返回一个时间值，也就是下次任务执行的时间。

这里的入参需要实现Temporal接口。这是在JDK8引入的一套全新的时间、日期。

能引入新的，至少说明之前的Date等等之类的时间处理是不能满足各方面需要的。

下面看看它的主要实现

这里我们一般常用的可能就是Instant,LocalDateTime,ZonedDateTime了。

从上面就可以看到cron表达式的处理，主要是分为两步：1、将cron表达式字符串解析为CronExpression对象；2、根据传入的时间计算下次任务的执行时间。

在分析源码之前，我们简单看几个java中的类

ValueRange主要用来表示时间、日期字段的有效范围。当然它也可以不用来表示时间、日期。下面我们简单看下它的使用。

它主要有4个字段,4个属性值从上到下是不小于的关系。

    private final long minSmallest;   //最小的最小值

    private final long minLargest;    //较大的最小值

    private final long maxSmallest;   //较小的最大值

    private final long maxLargest;    //最大的最大值

		//定义1个（1-10）的范围指定minSmallest和minLargest都是1，maxSmallest和maxLargest都是10

    ValueRange valueRange=ValueRange.of(1,10);

    //判断5是不是在上面定义的minSmallest和maxLargest（1-10）的范围内，在的话返回true

		boolean validValue = valueRange.isValidValue(5);

		System.out.println(validValue);

ChronoField是一个枚举类，就是用来表示时间、日期的字段。

下面我们简单看它的几个实例

    //用纳秒来表示表，1秒==1000000000纳秒，所以它的范围是0-999999999

    NANO_OF_SECOND("NanoOfSecond", NANOS, SECONDS, ValueRange.of(0, 999_999_999)),

    //用纳秒来表示一天，1天==86400秒，再转成纳秒就是86400L*1000000000

    NANO_OF_DAY("NanoOfDay", NANOS, DAYS, ValueRange.of(0, 86400L * 1000_000_000L - 1)),

    ......其他基本类似，就不继续说了

ChronoUnit也是一个枚举类，表示一个时间单元。有一个addTo方法表示给时间加上一个对应的时间单元。

		//下面的代码就是给当前时间加上1天

		ZonedDateTime now = ZonedDateTime.now();

		ZonedDateTime zonedDateTime = ChronoUnit.DAYS.addTo(now, 1);

我们先看第一步：

1、将`cron`表达式字符串解析为`CronExpression`对象

我们传入的表达式用空格分成6个部分，每个部分代表的含义如下：

在CronField类中有一个内部枚举类Type,它就是用来表示cron表达式中的字段(

在cron表达式中没有纳秒字段，其他都跟cron表达式是一一对应的

先看下它的构造方法

从上面也可以看到这个枚举类有两个字段，第一个是表示当前时间、日期的字段，后面是一个用来表示小于它的时间、日期字段的数组。

代码的如下图

主要代码就是上面框出来的：

将我们传入的cron字符串分割成数组。
分别解析每个部分，创建CronExpression对象。

解析每个部分都调用的是CronField.parsexxx 这样的静态方法。所有的解析基本是一致的，分别创建BitsCronField对象。所以我们就只看CronField.parseSeconds方法。
- CronField.parseSeconds源码分析
  
  这个方法会调到BitsCronField.parseSeconds(value);方法，继续调用到BitsCronField的静态方法 parseField(value, Type.SECOND),下面我们主要看看这个方法的代码。
上面就是这个方法的全部代码了，从上面我标注的地方就能看到一个cron字段可以包含的其他符号,分别是，、/、-这3种额外的符号。

1、在标号1的地方首先把字段用，号拆分成数组，后面在for循环中对每个部分进行处理。

2、在for循环中，首先判断是否包含/,如果不包含，就调用parseRange返回一个ValueRange。

2.1、下面我们先看下不包含/的if分支

parseRange方法比较简单，这里简单说下：

如果当前的rangeStr==*,那就返回type对应的默认ValueRange；

这里的type就是前面看到的CronField的内部枚举类Type

如果rangeStr不包含-,那就表示一个固定的值，用ValueRange.of(result, result)返回；

如果rangeStr包含-，那就表示一个范围-前面的表示最小值、-之后的表示最大值。组装成一个ValueRange返回。

parseRange返回之后，再调用result.setBits(range)方法。

我们先看看BitsCronField这个类，它有一个属性private static final long MASK = 0xFFFFFFFFFFFFFFFFL;表示掩码，还有一个属性private long bits;我们最终计算出来的执行时间都会体现在这个字段上。

由于对于cron表达式中的6个部分，最大的也就是比如表示分钟、秒钟的一共60个。由于long是64位，所以这是按照bit来设置对应的可用的值。

举个例子比如cron表达式计算出来秒的部分是第50秒执行，那就会将对应的bits字段的第50位设置为1。

下面我们看看setBits方法

如果传入的ValueRange只表示一个值，那就把对应的bit位置1；

否则就将将最小值与最大值之间的bit位置1。

这里使用|是由于外面我们可能会是,分割的多个字段，会出现多次赋值，要确保本次赋值不会将之前赋值1的bit位清空。

这里需要注意的是右移是一个负数，这是由于MASK是long类型，也就是64位，所以右移负数其实也就是移动（64-(range.getMaximum() + 1)）位。后面的+1主要是由于我们最小值是从0开始的。

举个例子，如果范围的最小值是0，最大值是1。如果没有+1，最大值掩码就会右移64-1=63,最终只有第0位是1,这明显就是错误的。

2.2、下面我们看下包含/分支的部分

首先也还是拆分/前后，前面的作为ValueRange,后面的作为delta。

这里需要注意的是如果/前面不包含-,那/前面的只是作为最小值，最大值还是用type对应的最大值。
标注2的地方就是设置对应的bit位了，这里主要是按照delta的增量在最小值和最大值之间分别设置对应bit位。

上面就是cron表达式中一个字段的解析了，创建一个BitsCronField对象，设置对应的bits属性对应的bit位为1，下面我们简单看看各种设置。

下面我们看看cron表达式秒字段的各种情况

* 表示将bits中bit位从0-59位都设置成1.

2,6,8表示将bits中bit位第2、6、8位都设置成1.

2/20,8表示将bits中bit位第2、22、42、8位都设置成1.

在解析完cron表达式的每个部分之后，就会创建一个CronExpression对象，这类会添加一个CronField.zeroNanos()字段，用来表示纳秒字段，同时将bits设置为0,表示我们的定时任务希望在纳秒为0的时刻执行。

上面已经创建好了CronExpression对象，下面我们看看如果计算下次执行时间。

这里就是根据传入的时间去计算下次任务的执行时间了。

首先给入参时间加上1纳秒，这个主要是避免在1个时间点任务执行多次。

举个例子:

比如我们的定时任务很快，在0纳秒后就返回了，由于我们的定时任务设置了只在0纳秒执行，那这时候计算出来的下次执行任务时间和上一次任务是同一时间，就又会去执行一遍定时任务。

这里也能看到我们的定时任务最快也是每秒执行一次。加1纳秒就是为了确保当前任务和下次任务不会在同一秒执行。

下次任务执行时间是在本次任务执行完就就算出来的

在这里能看到，最多会尝试MAX_ATTEMPTS次，查看计算出来的时间不再变化，那这个时间就是我们计算出来的下次任务执行的时间。如果尝试MAX_ATTEMPTS次每次的时间都和上次的不一样，那就返回null

在nextOrSameInternal方法中会分别对每个field进行处理。这些field有额外添加的纳秒(设置了bits=0,表示在0纳秒执行)，其他6个就分别是cron表达式对应的部分，分别是秒、分、小时、日、月、星期。

下面我们看下对单个字段的处理。

在标号1的地方首先获取传入的时间对应当前时间单位的值。

比如现在传入的是2022-10-01 12:00:15，对应秒的单位的值就是15.

在标号2的位置会根据当前时间单位的值去计算下次值

具体的做法就是用将全F左移current位，与对应字段的bits做与运算。然后返回最低位为1bit位的索引。就表示下次任务可以执行的对应的时间字段的值。

当前有可能与运算后结果是0。那就没有1的bit位。这时就会返回-1。在下面标注3的地方就会对这种场景进行处理。

在标注3的地方主要是对时间已经过去的情况进行处理。比如我们cron表达式计划在秒数为00的时刻进行执行，由于现在已经是15秒了。那只能在它的上一级时间单位(分钟)+1，同时将本时间单位置为0。

在这里已经对我们的时间进行了+1处理，所以时间值和传入的值已经有变化了，这时在外层就会进入下次循环。

在标注4的地方会重新计算对应时间单位最早执行的最小值。

能走到标注5的地方说明对应下次任务执行时间对应时间单位的值已经有变化了，在这里主要也还是调整时间，将时间调整成符合下次执行任务的时间。主要的代码是elapseUntil方法。

下面是elapseUntil方法的代码。

从图上看，主要分3种情况：

下次执行时间在合法范围内，那就直接讲字段的值进行设置。

这里需要注意的是这个范围不一定是固定的。如日，在1月范围有效范围就是在1-31。2月就是在1-28或1-29。
如果时间不在有效范围内，那就在当前的时间单位上加上一个差值。

这个加操作会使上一级时间单位变化。如当前时间单位是日，执行加操作，可能会使月单位的值也有所变化。
如果下次执行时间小于当前时间单位的值，那就只能进行加。

比如当前是1月15号，下次任务是10号执行。那就只有给日时间单位加(下次任务时间10+最大值31-当前值15+1-最小值1)=26

将时间变成下个月对应的时间单位进行重新计算(将时间变成2月10号)。

在标注6的地方，这里是由于已经将当前的时间单位进行至少+1的调整。那这时就需要将它对应的所有下一级时间单位统一调整成最小值，以便下次重新计算。

上面就是整个下次任务执行时间的计算了。

总结下，就是设定下次任务执行的纳秒单位为0，分别在秒，分，小时，日，月，星期单位上进行计算。至少时间不再调整。

上面只是分析了cron表达式的解析处理，关于cron表达式的各种写法并没有列出。不过相信大家根据源码反推cron表达式的各种写法，应该是个简单事情了。