一个懒散的程序猿

趁热打铁，学习一下 APScheduler 的 python 的源码，很好奇任务调度控制的实现。

分析源码主要还是针对 APScheduler 下的几个关键的模块

• events 事件
• executors 执行器
• job 任务
• jobstores 任务存储
• triggers 触发器
• schedulers 调度程序

这一篇主要瞅瞅 triggers 触发器

简单回顾一下 CronTrigger 的正则表达式解析提供一些类

类	正则表达式
AllExpression	*/step *
RangeExpression	first first-last first/step first-last/step
MonthRangeExpression	first first-last
WeekdayRangeExpression	first first-last
WeekdayPositionExpression	option_name weekday_name
LastDayOfMonthExpression	last

这里有需要补充的一些内容

• MonthRangeExpression 的 first 和 last 必须匹配这些字段 ['jan', 'feb', 'mar', 'apr', 'may', 'jun', 'jul', 'aug', 'sep', 'oct', 'nov', 'dec'], 但是不限制大小写
• WeekdayRangeExpression 的 first 和 last 必须匹配这些字段 ['mon', 'tue', 'wed', 'thu', 'fri', 'sat', 'sun'], 也不限制大小写
• WeekdayPositionExpression 的 option_name 只匹配 ['1st', '2nd', '3rd', '4th', '5th', 'last'], weekday_name 匹配的字段和 WeekdayRangeExpression 一样

上一篇文章回顾完了，但是这里又引入了一个新的问题，我怎么决定不同的时间字段对应哪种表达式，以及例如 'jan','feb' 这样的复合表达式如何解析等问题。

接下来介绍的 BaseField 及其子类将完成对上述问题的解释及实现

BaseField 及其子类

首先我需要在说明一下，CronTrigger 中可配置的字段最大值最小值，以及默认值如下

MIN_VALUES = {'year': 1970, 'month': 1, 'day': 1, 'week': 1, 'day_of_week': 0, 'hour': 0, 'minute': 0, 'second': 0}
MAX_VALUES = {'year': 9999, 'month': 12, 'day': 31, 'week': 53, 'day_of_week': 6, 'hour': 23, 'minute': 59, 'second': 59}
DEFAULT_VALUES = {'year': '*', 'month': 1, 'day': 1, 'week': '*', 'day_of_week': '*', 'hour': 0, 'minute': 0, 'second': 0}

BaseField 提供了对这些 year 等字段最大值最小值获取的接口，在之前 AllExpression 的介绍中已经有看到过

def get_min(self, dateval):
    return MIN_VALUES[self.name]

def get_max(self, dateval):
    return MAX_VALUES[self.name]

def get_value(self, dateval):
    return getattr(dateval, self.name)

所以这个类我觉得最核心的部分就是，当上层将这个字段和这个字段对应的表达式传入的时候，如何正确解析，以及利用 AllExpression 提供的get_next_value() 实现自己的 get_next_value() 供上级调用

这里还有一个注意的点

COMPILERS = [AllExpression, RangeExpression]

COMPILERS 它定义了这个 BaseField 用到的正则表达式解析的类只有 AllExpression 和 RangeExpression， 不同的子类定义的信息是有不同的

初始化

def __init__(self, name, exprs, is_default=False):
    self.name = name
    self.is_default = is_default
    self.compile_expressions(exprs)

很简单，表示时间字段的 name，以及对应的表达式 exprs，根据配置的时候有没有配置这个字段决定是否需要配置默认值的 is_default， 但是这个字段实际上并没有被用到，上层已经根据是否为 None 的时候决定了使用什么样的 exprs, 没太懂这一块设计？
初始化部分主要是 compile_expressions() 这个批量处理正则表达式的函数

批量处理正则表达式

SEPARATOR = re.compile(' *, *')
def compile_expressions(self, exprs):
    self.expressions = []

    for expr in SEPARATOR.split(str(exprs).strip()):
        self.compile_expression(expr)

这里需要注意，正则匹配是 若干个空格+逗号+若干个空格，所以对于传入的 exprs，先通过 strip() 将首尾的空格去除后在进行匹配

这里的核心还是如何处理单个正则表达式 compile_expression()

处理单个正则表达式

def compile_expression(self, expr):
    for compiler in self.COMPILERS:
        match = compiler.value_re.match(expr)
        if match:
            compiled_expr = compiler(**match.groupdict())

            try:
                compiled_expr.validate_range(self.name)
            except ValueError as e:
                exc = ValueError('Error validating expression {!r}: {}'.format(expr, e))
                six.raise_from(exc, None)

            self.expressions.append(compiled_expr)
            return

    raise ValueError('Unrecognized expression "%s" for field "%s"' % (expr, self.name))

从这里可以看出从 COMPILERS = [AllExpression, RangeExpression] 依次取出对象，使用其中定义的 value_re 来解析表达式
如果，匹配 match 成功，则根据匹配的结果，初始化 Expression 对象，而这个对象提供了 get_next_value() 接口，最后在保存到 self.expressions 对象中

get_next_value()

def get_next_value(self, dateval):
    smallest = None
    for expr in self.expressions:
        value = expr.get_next_value(dateval, self)
        if smallest is None or (value is not None and value < smallest):
            smallest = value

    return smallest

前面提到 self.expressions 中保存了匹配成功后生成的对象，这里要做的，就是从这些对象中通过 get_next_value() 函数取出最小的值返回即可，也是没有什么难度的

其他子类

子类名称	COMPILERS	额外重载的函数
BaseField	AllExpression, RangeExpression	get_value()
WeekField	AllExpression, RangeExpression	get_value()
DayOfWeekField	AllExpression, RangeExpression, WeekdayRangeExpression	get_value()
MonthField	AllExpression, RangeExpression, MonthRangeExpression	无
DayOfMonthField	AllExpression, RangeExpression, WeekdayPositionExpression, LastDayOfMonthExpression	get_max()

简单总结了一下，可以看出子类主要是为了补充需要自己解释的正则表达式格式，现在只需要简单看一下这些额外重载的函数实现

# WeekField 的重载函数 get_value
def get_value(self, dateval):
    return dateval.isocalendar()[1]

传入的参数是一个类型为 date 的时间， isocalendar() 函数是 datetime 下提供的函数，主要是返回这个 dateval 的年，第几周，周几这3个值

# DayOfMonthField 的重载函数 get_max()
def get_max(self, dateval):
    return monthrange(dateval.year, dateval.month)[1]

上一篇文章介绍过 monthrange() 函数就是返回一个月第一天是周几(0-6), 以及这个月总的天数，而总的天数其实就是这个月天数的最大值

# DayOfWeekField 的重载函数 get_value()
def get_value(self, dateval):
    return dateval.weekday()

weekday() 返回 dateval 是周几(0-6)

除此之外，还有一个需要特别注意的地方， BaseField 中默认定义的 REAL=True，但是在 WeekField 和 DayOfWeekField 被设置为 False 简单说一下我对这个字段的理解，在上层通过 BaseField 及其子类的 get_next_value() 获取到一个数值的时候，我们需要根据这个时间换算从一个新的时间，而 WeekField 多少周， DayOfWeekField 一周里的第几天这2个字段，并没有办法直接变成具体的日期，需要额外标识出这个字段是否能直接用，而这些字段具体如何用，在后文中会有介绍，先有个印象

CronTrigger

终于看到 CronTrigger 这个类了，这一部分的实现还是挺有意思的，首先类定义了支持处理的字段，以及这些字段对应用来封装的 BaseField 类或者子类的信息

FIELD_NAMES = ('year', 'month', 'day', 'week', 'day_of_week', 'hour', 'minute', 'second')
FIELDS_MAP = {
    'year': BaseField,
    'month': MonthField,
    'week': WeekField,
    'day': DayOfMonthField,
    'day_of_week': DayOfWeekField,
    'hour': BaseField,
    'minute': BaseField,
    'second': BaseField
}

结合前面的，列一个总的表格，详细看一下

字段	封装的类	COMPILERS
year	BaseField	AllExpression (*/step,*) RangeExpression (first,first-last,first/step,first-last/step)
hour	BaseField	同上
minute	BaseField	同上
second	BaseField	同上
week	WeekField	同上
month	MonthField	AllExpression (*/step,*) RangeExpression (first,first-last,first/step,first-last/step) MonthRangeExpression (first,first-last)['jan', 'feb', 'mar', 'apr', 'may', 'jun', 'jul', 'aug', 'sep', 'oct', 'nov', 'dec']
day	DayOfMonthField	AllExpression (*/step,*) RangeExpression (first,first-last,first/step,first-last/step) WeekdayPositionExpression (option_name weekday_name) LastDayOfMonthExpression (last)
day_of_week	DayOfWeekField	AllExpression (*/step,*) RangeExpression (first,first-last,first/step,first-last/step) WeekdayRangeExpression (first,first-last) ['mon', 'tue', 'wed', 'thu', 'fri', 'sat', 'sun']

初始化

• 首先判断 时区，如果有设置，直接就用，否则根据 开始时间 或者 结束时间 中的时区来决定，都没有则使用 系统本地时区
• 使用 convert_to_datetime() 函数格式化传入开始时间和结束时间，因为传入的可以不是 datetime 对象，可以只是字符串类型，需要转换成 datetime 类型
• 设置 jitter, 之前介绍的提前或延迟 job 执行的误差时间
• 整理所有值不为 None 的字段且属于 FIELD_NAMES 中的字段, 并以 (field, value) 的形式存储到一个 dict 的 values 中
• 对所有需要设置的字段进行遍历，生成对应的类似于 BaseField 的对象
• 最后将这些字段生成对象保存到 self.fields 中

这里设置默认值的时候的设计其实还挺复杂, 第一种是 DEFAULT_VALUES 中默认值，第二种是 *

DEFAULT_VALUES = {'year': '*', 'month': 1, 'day': 1, 'week': '*', 'day_of_week': '*', 'hour': 0, 'minute': 0, 'second': 0}

首先需要对传入的默认值做一个区别的介绍

• 当 exprs 是 * 的时候，基本是对应字段是什么值， get_next_value() 的时候就会返回什么值
• 当 exprs 是数值也就是 DEFAULT_VALUES 中的 0 或者 1 的时候，使用 RangeExpression 中的匹配规则，这里就是 first 类型，等于在这个字段整个范围内只会在 0 或者 1 的时候触发,如果所有字段都是 first 格式，那么就相当于是 dateTrigger， 一个一次性执行的任务

FIELD_NAMES 是按照 year 到 second 的顺序一个一个在 values 中查找

• 如果 values 中没有，但是 values 不为空 (每次匹配到，会从 values 中 pop 出来)，则使用默认 *
• 如果 values 中没有，并且 values 为空，则使用 DEFAULT_VALUES 的默认值

举个例子，解释一下这样设计的目的

trigger1 = CronTrigger(second='*/5')
trigger2 = CronTrigger(year='*', month='4', day='1')

trigger1 根据上面的初始化设计思路，其余字段都是 *, 因为 second 是 FIELD_NAMES 中最后一个字段，等于每隔 5 秒执行一次，因为你在这样定义的时候，更倾向于 second 的使用，而它前面时间字段是什么值是不关心，那么使用 * 是很合理的

trigger2 的意图是每年 4 月 1 号执行，根据初始化思路，从 day 之后的字段，也就是从 week 开始的字段的默认值都是 DEFAULT_VALUES 对应的字段，那么实际上 trigger2 实际上就是每年 4 月 1 号的 0 点 0 分 0 秒执行，既然你不设置，那就按照我的默认值设置，因为 CronTrigger 最后还是需要返回一个具体的时间

所以简单总结一下就是：

大于用户最小设置字段的未定义字段使用 * 初始化，小于的则使用 DEFAULT_VALUES 中对应的值初始化，默认的 DEFAULT_VALUES 更倾向于具体的时间点

get_next_fire_time()

while 循环之前就是获取一个 start_date, 并根据 start_date 向上取整得到一个 next_date, 这个 next_date 是一个还没有到的时间，在这个时间基础上计算出下一次执行时间，这个还算合理，假设我设置 second='*' 其它字段默认，因为一个向上取整，这个向上取整只是在秒的位置上加 1，然后去掉秒后面的数字，等于 1 秒执行一次，这种设计是可以接受的，但是记住，这个取整在之后会有一个大坑~

之后的 while 循环中需要注意一点，CronTrigger 本质上还是需要获取下次执行时间，只是它是通过获取每个时间字段的下次执行的时间，但是涉及到正则表达式解析的 AllExpression 等类的 get_next_value() 函数是会返回 None 的，这里我们就需要对返回 None 进行判断，而这里就是 CronTrigger 最复杂的地方了

if next_value is None:
    next_date, fieldnum = self._increment_field_value(next_date, fieldnum - 1)

这里还是需要先研究一下 _increment_field_value() 这个函数

这个函数有一段英文解释，大致意思就是：递增指定字段，并将所有不重要的字段重置为其最小值(谷歌翻译)。

首先需要知道一点，这个函数是干啥的？ 这个函数的目的就是，当我某一个字段获取到的值为 None 的时候，这意味着这个时间是无效的，我需要重新算出一个新的 next_date，新的 next_date 的实现就全靠这个函数，先举个例子，再来解释具体实现逻辑

trigger = CronTrigger(year='*', month='4', day='1')

定义的 CronTrigger 目标是每年的 4 月 1 号执行一次, 现在演示一下 while 中的部分逻辑，不明白 next_value 的值为什么是这个的，建议看一下我上一篇总结

• 假设现在的时间是 2021-04-10 22:35:10， year 的 next_value 的值为 2021, month 的next_value 的值为 4, 但是 day 因为目标是 1, 但是当前时间是 10, 所以 next_value 返回的是 None, 这时候就会调用 _increment_field_value() 函数， 得到一个新的时间 2021-05-01 00:00:00 的时间
• 现在的时间是 2021-05-01 00:00:00， year 的 next_value 的值为 2021, month 的next_value 的值为 None, 继续调用 _increment_field_value() 函数，得到一个新的时间 2022-01-01 00:00:00
• 现在的时间是 2022-01-01 00:00:00，经过一轮判断最后可以得到一个新的执行时间 2022-04-01 00:00:00

返回 None 的意思就是在当前自己的最大值最小值范围内并没有合适值，那么就需要将它前一位字段加一，然后重新找是否有合适的值，等于是扩大一个范围。所以从例子中可以看出 2021-04-10 中寻找 4 月 1 号，没有找到，然后从向前一位到 2021-05 中找，先验证月份，发现 2021-05 中找不到 4 月，那就在向前一位到 2022 年中找先验证 year，接着是 month、day 等等，最后找到 2022-04-01 00:00:00

和它的英文解释一样，将 fieldnum 位置的字段递增加一 (加一的时候确保没有超出这个字段的最大值)，这个字段之后的字段 (i > fieldnum) 直接设置成最小值，小于前一个字段的 (i < fieldnum) 值不变
所以结合 next_value 为 None, 那么就需要将为 None 字段的前一个字段位置传入 _increment_field_value() 即可，重新计算一个新的 next_date，直到找到一个合适的 next_date

为 None 的判断算是结束了，现在接着看后面 next_value > curr_value

elif next_value > curr_value:
    if field.REAL:
        next_date = self._set_field_value(next_date, fieldnum, next_value)
        fieldnum += 1
    else:
        next_date, fieldnum = self._increment_field_value(next_date, fieldnum)

前面其实介绍了 field.REAL 这个字段的意义，除了 WeekField 和 DayOfWeekField 分别对应 week (第多少周) 和 day_of_week (一周内的周几) 这2个字段(field.REAL=False)，其他字段都是 datetime 对象中成员变量，直接设置，就能更新 next_date, 所以还会需要先看一下 _set_field_value() 函数

def _set_field_value(self, dateval, fieldnum, new_value):
    values = {}
    for i, field in enumerate(self.fields):
        if field.REAL:
            if i < fieldnum:
                values[field.name] = field.get_value(dateval)
            elif i > fieldnum:
                values[field.name] = field.get_min(dateval)
            else:
                values[field.name] = new_value

    return self.timezone.localize(datetime(**values))

fieldnum 位置的字段设置成新的值 new_value， fieldnum 位置之前的字段不变，之后的字段取最小值

那现在就有一个问题了 week 和 day_of_week 这 2 个 field.REAL=False 的判断怎么办？

源码中的做法是通过 _increment_field_value() 重新计算 next_date, 直到出现 next_value 等于 curr_value 这种情况，给我的感觉就是一种拿当前的时间一直递增去试错的感觉，不匹配， 在 day 递增 1 天，继续判断，直到值相等

那什么时候停止呢？当 0 <= fieldnum < len(self.fields), 这里存在 2 种可能

• 第一种大于 len(self.fields), 这时候等于对每个字段都做了设定，得到一个合适的 next_date
• 第二种小于 0, 这时候是没有找到合适 next_date

当然最后还需要将 fieldnum 的值与 self.end_date 做一次大小的判断，正确返回 next_date 即可

序列化和反序列化

这一部分很简单，就不额外解释了~

from_crontab()

一个 classmethod 的函数，虽然不太清楚这个函数具体的用法，但是看实现，就是通过 expr 来初始化一个 CronTrigger

expr 中有5个字段，按照空格隔开，依次分别是 minute, hour, day, month, day_of_week

@classmethod
def from_crontab(cls, expr, timezone=None):
    values = expr.split()
    if len(values) != 5:
        raise ValueError('Wrong number of fields; got {}, expected 5'.format(len(values)))

    return cls(minute=values[0], hour=values[1], day=values[2], month=values[3],
               day_of_week=values[4], timezone=timezone)

总结

整个 CronTrigger 对源码的解析就这样结束了，分析完之后，对 CronTrigger 有了一个新的理解，和 DateTrigger 和 IntervalTrigger 一样本质都是返回一个下一次执行的时间

但是 CronTrigger 是针对时间的每一字段做了定制化的设置，当某一个字段通过 get_next_value() 获取值为 None 的时候，让这个字段的前一个字段 x 自增, x 前的字段值不变，x 后的字段全部置为最小值，从而得到获取一个新的 next_date ，然后重复 get_next_value() 这样的操作，直到遍历完所有的字段，或者连第一个 year 字段都返回 None 时停止

这样的思路还是挺有意思的~