Java解析cron表达式

2023-11-10

概述

Cron表达式是一个字符串，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，即两种语法格式：

Seconds Minutes Hours DayofMonth Month DayofWeek Year，即：秒分时天月星期年份
Seconds Minutes Hours DayofMonth Month DayofWeek

一般情况下，第七个字符Year可省略不写。

除此以外，也有五段表达式的，如crontab，没有秒的概念。绝大多数情况下，都是6个字符，本文讨论的也是6个字符。

知识点：

每个字符都允许设置, - * /四个特殊字符；
每个元素可以是一个值(如6)，连续区间(9-12)，间隔时间(8-18/4)(/表示每隔4个单位)，列表(1,3,5)，*通配符；
日期，即第4位还支持? L W C四个特殊字符；
星期，即第6位还支持? L C #四个特殊字符，可用3位大写英文字母表示（不常用），即1==SUN，另外1表示周日；
L：last，表示最后，只能出现在第4和6个字符位。如果在DayofWeek域使用5L，意味着在最后的一个星期四触发；
W：表示有效工作日(周一到周五)，只能出现在第4位，系统将在离指定日期的最近的有效工作日触发事件。例如：在第4位使用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。W的最近寻找不会跨过月份；
LW：两个字符连用，表示在某个月最后一个工作日，即最后一个星期五；
#：用于确定每个月第几个星期几，只能出现在第6位。如4#2表示某月的第二个星期三；
星期和日字段（第4和6位互斥）有冲突，必须指定一个，两者不能同时指定；*指任意一天算指定，?不算指定；不能两者都是*；结论：这两个符号有且只能有一个必是问号?。

调研

在线工具

很多，因为cron表达式有各种不同的类型，不同类型直接还是有一些细微的差别。
https://www.bejson.com/othertools/cron/

spring scheduling

在spring-context artifact的springframework.scheduling包下面，CronSequenceGenerator

quartz

org.quartz.CronExpression

cron-utils

官网：http://cron-parser.com/
GitHub
https://awesomeopensource.com/project/jmrozanec/cron-utils
https://www.openhub.net/p/cron-utils

maven

<dependency>
    <groupId>com.cronutils</groupId>
    <artifactId>cron-utils</artifactId>
    <version>9.1.5</version>
</dependency>

cron-parser

GitHub
https://suhasjavablog.wordpress.com/2014/04/01/how-to-generate-a-cron-expression-from-a-date-object/

实践

校验cron表达式合法性

参考下面checkValid方法。

构建cron表达式

如下图所示一个实际需求，需实现定时调度，其中周几、小时、分钟可配置化：
在这里插入图片描述
对应到cron表达式里面，也就是第2、3、6位字符需要支持可配置化。

基于cron-utils写的一个工具类；

import com.cronutils.model.CronType;
import com.cronutils.model.definition.CronDefinition;
import com.cronutils.model.definition.CronDefinitionBuilder;
import com.cronutils.parser.CronParser;
import com.google.common.collect.Lists;
import lombok.Data;
import org.apache.commons.lang3.StringUtils;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.stereotype.Component;

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;

@Component
public class CronUtil {

    private static final Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(CronUtil.class);

    private static final String QUESTION = "?";

    private static final String ASTERISK = "*";

    private static final String COMMA = ",";

    /**
     * 替换 分钟、小时、日期、星期
     */
    private static final String ORIGINAL_CRON = "0 %s %s %s * %s";

    /**
     * 检查cron表达式的合法性
     *
     * @param cron cron exp
     * @return true if valid
     */
    public boolean checkValid(String cron) {
        try {
        	// SPRING应该是使用最广泛的类型,但假若任务调度依赖于xxl-job平台,则需要调整为CronType.QUARTZ
            CronDefinition cronDefinition = CronDefinitionBuilder.instanceDefinitionFor(CronType.SPRING);
            CronParser parser = new CronParser(cronDefinition);
            parser.parse(cron);
        } catch (IllegalArgumentException e) {
            LOGGER.error(String.format("cron=%s not valid", cron));
            return false;
        }
        return true;
    }

    public String buildCron(List<Integer> minutes, List<Integer> hours, List<Integer> weekdays) {
        String minute;
        if (minutes.equals(this.getInitMinutes())) {
            minute = ASTERISK;
        } else {
            minute = StringUtils.join(minutes, COMMA);
        }
        String hour;
        if (hours.equals(this.getInitHours())) {
            hour = ASTERISK;
        } else {
            hour = StringUtils.join(hours, COMMA);
        }
        String weekday;
        if (weekdays.equals(this.getInitWeekdays())) {
            weekday = QUESTION;
        } else {
            weekday = StringUtils.join(weekdays, COMMA);
        }
        // 重点：星期和日字段冲突，判断周日的前端输入
        if (weekday.equals(QUESTION)) {
            return String.format(ORIGINAL_CRON, minute, hour, ASTERISK, weekday);
        } else {
            return String.format(ORIGINAL_CRON, minute, hour, QUESTION, weekday);
        }
    }

    /**
     * 解析db cron expression展示到前端
     *
     * @param cron cron
     * @return minutes/hours/weekdays
     */
    public CustomCronField parseCon(String cron) {
        if (!this.checkValid(cron)) {
            return null;
        }
        List<String> result = Arrays.asList(cron.trim().split(" "));
        CustomCronField field = new CustomCronField();
        if (result.get(1).contains(COMMA)) {
            field.setMinutes(Arrays.stream(result.get(1).split(COMMA)).map(Integer::parseInt).collect(Collectors.toList()));
        } else if (result.get(1).equals(ASTERISK)) {
            field.setMinutes(this.getInitMinutes());
        } else {
            field.setMinutes(Lists.newArrayList(Integer.parseInt(result.get(1))));
        }
        if (result.get(2).contains(COMMA)) {
            field.setHours(Arrays.stream(result.get(2).split(COMMA)).map(Integer::parseInt).collect(Collectors.toList()));
        } else if (result.get(2).equals(ASTERISK)) {
            field.setHours(this.getInitHours());
        } else {
            field.setHours(Lists.newArrayList(Integer.parseInt(result.get(2))));
        }
        if (result.get(5).contains(COMMA)) {
            field.setWeekdays(Arrays.stream(result.get(5).split(COMMA)).map(Integer::parseInt).collect(Collectors.toList()));
        } else if (result.get(5).equals(QUESTION)) {
            field.setWeekdays(this.getInitWeekdays());
        } else {
            field.setWeekdays(Lists.newArrayList(Integer.parseInt(result.get(5))));
        }
        return field;
    }

    private List<Integer> initArray(Integer num) {
        List<Integer> result = Lists.newArrayListWithCapacity(num);
        for (int i = 0; i <= num; i++) {
            result.add(i);
        }
        return result;
    }

    private List<Integer> getInitMinutes() {
        return this.initArray(59);
    }

    private List<Integer> getInitHours() {
        return this.initArray(23);
    }

    private List<Integer> getInitWeekdays() {
        return this.initArray(7).subList(1, 8);
    }

    @Data
    public static class CustomCronField {
        private List<Integer> minutes;
        private List<Integer> hours;
        private List<Integer> weekdays;
    }
}

表达式类型

cron-utils给出的cron表达式类型枚举类

public enum CronType {
    CRON4J,
    QUARTZ,
    UNIX,
    SPRING;

    private CronType() {
    }
}

Spring类型和Quartz类型的区别，在最后一位符号：
在这里插入图片描述
而cron表达式的规则里面：第6位，即Day of week ，*号是包括?的。

xxl-job平台使用的是QUARTZ类型：
在这里插入图片描述
证明：xxl-job使用的是quartz类型：

证明：Spring类型是Quartz类型的超集，即兼容Quartz：

结论：

如果开发的功能依赖于xxl-job调度任务，需要明确使用的xxl-job的版本，及使用的cron表达式类型，然后在代码里面写相同的类型；
对于其他任何调度系统，一定要先明确其支持的cron表达式类型，否则会出现任务没有执行的情况

Java(Spring)与Java(Quartz)

根据crontab，Java语言有两种，区别：

Quartz支持7位，第7位可选；
第6位，只支持1-7；而Spring支持0-7，0和7都表示sun；

预测cron表达式最近10次执行时间

实现效果预览，类似于xxl-job的这个功能：
在这里插入图片描述
截图为公司内部基于xxl-job的二次开发任务调度平台；在xxl-job GitHub源码里面搜了下，没有看到具体的实现代码逻辑。

于是自己基于cron-utils实现如下：

public static List<String> getExecutionTimeByNum(String cronStr, Integer num) {
    CronParser parser = new CronParser(CronDefinitionBuilder.instanceDefinitionFor(CronType.SPRING));
    Cron cron = parser.parse(cronStr);
    ExecutionTime time = ExecutionTime.forCron(cron);
    ZonedDateTime now = ZonedDateTime.now();
    ZonedDateTime next = getNext(time, now);
    List<ZonedDateTime> timeList = new ArrayList<>(num);
    timeList.add(next);
    for (int i = 1; i < num; i++) {
        next = getNext(time, next);
        timeList.add(next);
    }
    DateTimeFormatter format = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
    List<String> resultList = new ArrayList<>(num);
    for (ZonedDateTime item : timeList) {
        String result = item.format(format);
        resultList.add(result);
    }
    return resultList;
}

private static ZonedDateTime getNext(ExecutionTime time, ZonedDateTime current) {
    return time.nextExecution(current).get();
}

在调用方法`getExecutionTimeByNum``前，可以先校验一下合法性。

判断cron是否是按天执行

/**
 * 判断cron是否是按天执行
 * 如果按天执行cron需以（* * ?）结尾
 * @return true 是以* * ?结尾
 */
public static Boolean datasetCron(String cron) {
	return StringUtils.isNotBlank(cron) && cron.matches(".* \\* \\* \\?$");
}

// 判断是否按天更新
boolean day = "*".equals(dataset.getCronExp().split(" ")[3]);

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