在大型企業(yè)中，由于業(yè)務(wù)復(fù)雜、數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)格式不同、數(shù)據(jù)交互格式繁雜，并非所有的操作都能通過交互界面進行處理。而有一些操作需要定期讀取大批量的數(shù)據(jù)，然后進行一系列的后續(xù)處理。這樣的過程就是“批處理”。

批處理應(yīng)用通常有以下特點：

• 數(shù)據(jù)量大，從數(shù)萬到數(shù)百萬甚至上億不等；
• 整個過程全部自動化，并預(yù)留一定接口進行自定義配置；
• 這樣的應(yīng)用通常是周期性運行，比如按日、周、月運行；
• 對數(shù)據(jù)處理的準確性要求高，并且需要容錯機制、回滾機制、完善的日志監(jiān)控等。

什么是Spring batch

Spring batch是一個輕量級的全面的批處理框架，它專為大型企業(yè)而設(shè)計，幫助開發(fā)健壯的批處理應(yīng)用。Spring batch為處理大批量數(shù)據(jù)提供了很多必要的可重用功能，比如日志追蹤、事務(wù)管理、job執(zhí)行統(tǒng)計、重啟job和資源管理等。同時它也提供了優(yōu)化和分片技術(shù)用于實現(xiàn)高性能的批處理任務(wù)。

它的核心功能包括：

• 事務(wù)管理
• 基于塊的處理過程
• 聲明式的輸入/輸出操作
• 啟動、終止、重啟任務(wù)
• 重試/跳過任務(wù)
• 基于Web的管理員接口

筆者所在的部門屬于國外某大型金融公司的CRM部門，在日常工作中我們經(jīng)常需要開發(fā)一些批處理應(yīng)用，對Spring Batch有著豐富的使用經(jīng)驗。近段時間筆者特意總結(jié)了這些經(jīng)驗。

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使用Spring Batch 3.0以及Spring Boot

在使用Spring Batch時推薦使用最新的Spring Batch 3.0版本。相比Spring Batch2.2，它做了以下方面的提升：

• 支持JSR-352標準
• 支持Spring4以及Java8
• 增強了Spring Batch Integration的功能
• 支持JobScope
• 支持SQLite

支持Spring4和Java8是一個重大的提升。這樣就可以使用Spring4引入的Spring boot組件，從而開發(fā)效率方面有了一個質(zhì)的飛躍。引入Spring-batch框架只需要在build.gradle中加入一行代碼即可：

compile("org.springframework.boot:spring-boot-starter-batch")

而增強Spring Batch Integration的功能后，我們就可以很方便的和Spring家族的其他組件集成，還可以以多種方式來調(diào)用job，也支持遠程分區(qū)操作以及遠程塊處理。

而支持JobScope后我們可以隨時為對象注入當(dāng)前Job實例的上下文信息。只要我們指定Bean的scope為job scope，那么就可以隨時使用jobParameters和jobExecutionContext等信息。

@Component
@JobScope
public class CustomClass {

    @Value("#{jobParameters[jobDate]}")
    private String jobDate;

    @Value("#{jobExecutionContext['input.name']}.")
    private String fileName;
}

使用Java Config而不是xml的配置方式

之前我們在配置job和step的時候都習(xí)慣用xml的配置方式，但是隨著時間的推移發(fā)現(xiàn)問題頗多。

• xml文件數(shù)急劇膨脹，配置塊長且復(fù)雜，可讀性很差；
• xml文件缺少語法檢查，有些低級錯誤只有在運行集成測試的時候才能發(fā)現(xiàn)；
• 在xml文件中進行代碼跳轉(zhuǎn)時IDE的支持力度不夠；

我們漸漸發(fā)現(xiàn)使用純Java類的配置方式更靈活，它是類型安全的，而且IDE的支持更好。在構(gòu)建job或step時采用的流式語法相比xml更加簡潔易懂。

@Bean
public Step step(){
    return stepBuilders.get("step")
        .chunk(1)
        .reader(reader())
        .processor(processor())
        .writer(writer())
        .listener(logProcessListener())
        .faultTolerant()
        .skipLimit(10)
        .skip(UnknownGenderException.class)
        .listener(logSkipListener())
        .build();
}

在這個例子中可以很清楚的看到該step的配置，比如reader/processor/writer組件，以及配置了哪些listener等。

本地集成測試中使用內(nèi)存數(shù)據(jù)庫

Spring batch在運行時需要數(shù)據(jù)庫支持，因為它需要在數(shù)據(jù)庫中建立一套schema來存儲job和step運行的統(tǒng)計信息。而在本地集成測試中我們可以借助Spring batch提供的內(nèi)存Repository來存儲Spring batch的任務(wù)執(zhí)行信息，這樣既避免了在本地配置一個數(shù)據(jù)庫，又可以加快job的執(zhí)行。先為Job的配置類添加擴展類：DefaultBatchConfigurer。

public class CustomJobConfiguration extends DefaultBatchConfigurer {

    ...
}

我們在build.gradle中加入對hsqldb的依賴：

runtime(‘org.hsqldb:hsqldb:2.3.2’)

然后在測試類中添加對DataSource的配置。

@EnableAutoConfiguration
@EnableBatchProcessing
@DataJpaTest
@Import({DataSourceAutoConfiguration.class, BatchAutoConfiguration.class})
public class TestConfiguration {

}

并且在applicaton.properties配置中添加初始化Database的配置：

spring.batch.initializer.enable=true

合理的使用Chunk機制

Spring batch在配置Step時采用的是基于Chunk的機制。即每次讀取一條數(shù)據(jù)，再處理一條數(shù)據(jù)，累積到一定數(shù)量后再一次性交給writer進行寫入操作。這樣可以最大化的優(yōu)化寫入效率，整個事務(wù)也是基于Chunk來進行。

當(dāng)我們在需要將數(shù)據(jù)寫入到文件、數(shù)據(jù)庫中之類的操作時可以適當(dāng)設(shè)置Chunk的值以滿足寫入效率最大化。但有些場景下我們的寫入操作其實是調(diào)用一個web service或者將消息發(fā)送到某個消息隊列中，那么這些場景下我們就需要設(shè)置Chunk的值為1，這樣既可以及時的處理寫入，也不會由于整個Chunk中發(fā)生異常后，在重試時出現(xiàn)重復(fù)調(diào)用服務(wù)或者重復(fù)發(fā)送消息的情況。

使用Listener來監(jiān)視job執(zhí)行情況并及時做相應(yīng)的處理

Spring batch提供了大量的Listener來對job的各個執(zhí)行環(huán)節(jié)進行全面的監(jiān)控。

在job層面Spring batch提供了JobExecutionListener接口，其支持在Job開始或結(jié)束時進行一些額外處理。在step層面Spring batch提供了StepExecutionListener，ChunkListener，ItemReadListener，ItemProcessListener，ItemWriteListener，SkipListener等接口，同時對Retry和Skip操作也提供了RetryListener及SkipListener。

通常我們會為每個job都實現(xiàn)一個JobExecutionListener，在afterJob操作中我們輸出job的執(zhí)行信息，包括執(zhí)行時間、job參數(shù)、退出代碼、執(zhí)行的step以及每個step的詳細信息。這樣無論是開發(fā)、測試還是運維人員都對整個job的執(zhí)行情況了如指掌。

如果某個step會發(fā)生skip的操作，我們也會為其實現(xiàn)一個SkipListener，并在其中記錄skip的數(shù)據(jù)條目，用于下一步的處理。

實現(xiàn)Listener有兩種方式，一種是繼承自相應(yīng)的接口，比如繼承JobExecutionListener接口，另一種是使用annoation（注解）的方式。經(jīng)過實踐我們認為使用注解的方式更好一些，因為使用接口你需要實現(xiàn)接口的所有方法，而使用注解則只需要對相應(yīng)的方法添加annoation即可。

下面的這個類采用了繼承接口的方式，我們看到其實我們只用到了第一個方法，第二個和第三個都沒有用到。但是我們必須提供一個空的實現(xiàn)。

public class CustomSkipListener implements SkipListener {
    @Override
    public void onSkipInRead(Throwable t) {
        // business logic
    }

    @Override
    public void onSkipInWrite(String item, Throwable t) {
        // no need
    }

    @Override
    public void onSkipInProcess(String item, Throwable t) {
        // no need
    }
}

而使用annoation的方式可以簡寫為：

public class CustomSkipListener {
    @OnSkipInRead
    public void onSkipInRead(Throwable t) {
        // business logic
    }
}

使用Retry和Skip增強批處理工作的健壯性

在處理百萬級的數(shù)據(jù)過程過程中難免會出現(xiàn)異常。如果一旦出現(xiàn)異常而導(dǎo)致整個批處理工作終止的話那么會導(dǎo)致后續(xù)的數(shù)據(jù)無法被處理。Spring Batch內(nèi)置了Retry（重試）和Skip（跳過）機制幫助我們輕松處理各種異常。我們需要將異常分為三種類型。第一種是需要進行Retry的異常，它們的特點是該異常可能會隨著時間推移而消失，比如數(shù)據(jù)庫目前有鎖無法寫入、web服務(wù)當(dāng)前不可用、web服務(wù)滿載等。所以對它們適合配置Retry機制。第二種是需要Skip的異常，比如解析文件的某條數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常等，因為對這些異常即使執(zhí)行Retry每次的結(jié)果也都是相同，但又不想由于某條數(shù)據(jù)出錯而停止對后續(xù)數(shù)據(jù)的處理。第三種異常是需要讓整個Job立刻失敗的異常，比如如果出現(xiàn)了OutOfMemory的異常，那么需要整個Job立刻終止運行。

一般來說需要Retry的異常也要配置Skip選項，從而保證后續(xù)的數(shù)據(jù)能夠被繼續(xù)處理。我們也可以配置SkipLimit選項保證當(dāng)Skip的數(shù)據(jù)條目達到一定數(shù)量后及時終止整個Job。

有時候我們需要在每次Retry中間隔做一些操作，比如延長Retry時間，恢復(fù)操作現(xiàn)場等，Spring Batch提供了BackOffPolicy來達到目的。下面是一個配置了Retry機制、Skip機制以及BackOffPolicy的step示例。

@Bean
public Step step(){
    return stepBuilders.get("step")
        .chunk(1)
        .reader(reader())
        .processor(processor())
        .writer(writer())
        .listener(logProcessListener())
        .faultTolerant()
        .skipLimit(10)
        .skip(UnknownGenderException.class)
        .skip(ServiceUnavailableException.class)
        .retryLimit(5)
        .retry(ServiceUnavailableException.class)
        .backOffPolicy(backoffPolicy)
        .listener(logSkipListener())
        .build();
}

使用自定義的Decider來實現(xiàn)Job flow

在Job執(zhí)行過程中不一定都是順序執(zhí)行的，我們經(jīng)常需要根據(jù)某個job的輸出數(shù)據(jù)或執(zhí)行結(jié)果來決定下一步的走向。以前我們會把一些判斷放置在下游step中進行，這樣可能會導(dǎo)致有些step實際運行了，但其實并沒有做任何事情。比如一個step執(zhí)行過程中會將失敗的數(shù)據(jù)條目記錄到一個報告中，而下一個step會判斷有沒有生成報告，如果生成了報告則將該報告發(fā)送給指定聯(lián)系人，如果沒有則不做任何事情。這種情況下可以通過Decider機制來實現(xiàn)Job的執(zhí)行流程。在Spring batch 3.0中Decider已經(jīng)從Step中獨立出來，和Step處于同一級別。

public class ReportDecider implements JobExecutionDecider {
    @Override
    public FlowExecutionStatus decide(JobExecution jobExecution, StepExecution stepExecution) {
        if (report.isExist()) {
            return new FlowExecutionStatus(“SEND");         }          return new FlowExecutionStatus(“SKIP");
    }
}

而在job配置中可以這樣來使用Decider。這樣整個Job的執(zhí)行流程會更加清晰易懂。

public Job job() {
    return new JobBuilder("petstore")
        .start(orderProcess())
        .next(reportDecider)
        .on("SEND").to(sendReportStep)
        .on("SKIP").end().build()
        .build();
}

采用多種機制加速Job的執(zhí)行

批處理工作處理的數(shù)據(jù)量大，而執(zhí)行窗口一般又要求比較小。所以必須要通過多種方式來加速Job的執(zhí)行。一般我們有四種方式來實現(xiàn)：

• 在單個step中多線程執(zhí)行任務(wù)
• 并行執(zhí)行不同的Step
• 并行執(zhí)行同一個Step
• 遠程執(zhí)行Chunk任務(wù)

單個step多線程執(zhí)行任務(wù)可以借助于taskExecutor來實現(xiàn)。這種情況適合于reader、writer是線程安全且是無狀態(tài)的場景。我們還可以設(shè)置線程數(shù)量。

public Step step() {
    return stepBuilders.get("step")
        .tasklet(tasklet)
        .throttleLimit(20)
        .build();
}

上述示例中的tasklet需要實現(xiàn)TaskExecutor，Spring Batch提供了一個簡單的多線程TaskExecutor供我們使用：SimpleAsyncTaskExecutor。

并行執(zhí)行不同的Step在Spring batch中很容易實現(xiàn)，以下是一個示例：

public Job job() {
    return stepBuilders.get("parallelSteps")
        .start(step1)
        .split(asyncTaskExecutor).add(flow1, flow2)
        .next(step3)
        .build();
}

在這個示例中我們先執(zhí)行step1，然后并行執(zhí)行flow1和flow2，最后再執(zhí)行step3。

Spring batch提供了PartitionStep來實現(xiàn)對同一個step在多個進程中實現(xiàn)并行處理。通過PartitonStep再配合PartitionHandler可以將一個step擴展到多個Slave上實現(xiàn)并行運行。

遠程執(zhí)行Chunk任務(wù)則是將某個Step的processer操作分割到多個進程中，多個進程通過一些中間件進行通訊（比如采用消息的方式）。這種方式適合于Processer是瓶頸而Reader和Writer不是瓶頸的場景。

結(jié)語

Spring Batch對批處理場景進行了合理的抽象，封裝了大量的實用功能，使用它來開發(fā)批處理應(yīng)用可以達到事半功倍的效果。在使用的過程中我們?nèi)孕枰獔猿挚偨Y(jié)一些最佳實踐，從而能夠交付高質(zhì)量的可維護的批處理應(yīng)用，滿足企業(yè)級應(yīng)用的苛刻要求。