Java并发编程—ScheduledThreadPoolExecutor原理分析

原文作者：小付　

原文地址：ScheduledThreadPoolExecutor原理分析

目录

一、简单使用

二、类UML图

三、处理流程

四、任务提交方式

五、SchduledFutureTask之run方法实现

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一、简单使用

这里先学会简单使用再深入探讨。

        ScheduledThreadPoolExecutor  scheduled = new ScheduledThreadPoolExecutor(2);
        scheduled.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                loge("time:");
            }
        }, 0, 40, TimeUnit.MILLISECONDS);//0表示首次执行任务的延迟时间，40表示每次执行任务的间隔时间，TimeUnit.MILLISECONDS执行的时间间隔数值单位

 

• 间隔单位毫秒：TimeUnit.MILLISECONDS 
• 间隔单位秒：TimeUnit.SECONDS 
• 间隔单位分钟：TimeUnit.MINUTES 
• 间隔单位小时：TimeUnit.HOURS 
• 间隔单位天：TimeUnit.DAYS

二、类UML图

定时线程池类ScheduledThreadPoolExecutor用来处理延时任务或定时任务，它的类结构图如下：

三、处理流程

1. 它的处理流程如下：主线程提交的定时任务或延时任务采用DelayQueue存储。
2. DelayQueue内部封装了一个PriorityQueue（优先队列，是一种堆结构），它会根据time的先后时间排序，若 time相同则根据sequenceNumber排序；DelayQueue也是一个无界队列；
3. 工作线程会从DelayQueue取已经到期的任务去执行；
4. 执行结束后重新设置任务的到期时间，再次放回DelayQueue

PriorityQueue堆结构如下图：

可见，DelayedQueue是一个基于最小堆结构的队列。堆结构可以使用数 组表示，可以转换成如下的数组：

为什么要使用DelayedWorkQueue呢？定时任务执行时需要取出最近要执行的任务，所以任务在队列中每次出队时一定要是当 前队列中执行时间最靠前的，所以自然要使用优先级队列。DelayedQueue是一个优先级队列，它可以保证每次出队的任务都是当前队列中 执行时间最靠前的，由于它是基于堆结构的队列，堆结构在执行插入和删除操作时的最坏时 间复杂度是 O(logN)。PriorityQueue内部的比较逻辑实现代码如下：

    public int compareTo(Delayed other) {
            if (other == this) // compare zero if same object
                return 0;
            if (other instanceof ScheduledFutureTask) {
                ScheduledFutureTask x = (ScheduledFutureTask)other;
                long diff = time - x.time;
                if (diff < 0)
                    return -1;
                else if (diff > 0)
                    return 1;
                else if (sequenceNumber < x.sequenceNumber)
                    return -1;
                else
                    return 1;
            }
            long diff = getDelay(NANOSECONDS) - other.getDelay(NANOSECONDS);
            return (diff < 0) ? -1 : (diff > 0) ? 1 : 0;
        }

四、任务提交方式

它接收SchduledFutureTask类型的任务，是线程池调度任务的最小单位，有三种提交任务的方式：

1、schedule()方法

首先是schedule方法，该方法是指任务在指定延迟时间到达后触发，只会执行一次。

public ScheduledFuture schedule(Runnable command,
                                       long delay,
                                       TimeUnit unit) {
        //参数校验
        if (command == null || unit == null)
            throw new NullPointerException();
        //这里是一个嵌套结构，首先把用户提交的任务包装成ScheduledFutureTask 8 
        //然后在调用decorateTask进行包装，该方法是留给用户去扩展的，默认是个 空方法
        RunnableScheduledFuture t = decorateTask(command,
            new ScheduledFutureTask(command, null,
                                          triggerTime(delay, unit)));
        //包装好任务以后，就进行提交了                                  
        delayedExecute(t);
        return t;
    }

delayedExecute()方法是留给用户去扩展的，默认是个 空方法源码如下：

private void delayedExecute(RunnableScheduledFuture task) {
        //如果线程池已经关闭，则使用拒绝策略把提交任务拒绝掉
        if (isShutdown())
            reject(task);
        else {
            //与ThreadPoolExecutor不同，这里直接把任务加入延迟队列
            super.getQueue().add(task);
            //如果当前状态无法执行任务，则取消
            if (isShutdown() &&
                !canRunInCurrentRunState(task.isPeriodic()) &&
                remove(task))
                task.cancel(false);
            else
                 //这里是增加一个worker线程，避免提交的任务没有worker去执行
                 //原因就是该类没有像ThreadPoolExecutor一样，woker满了才放入队列
                ensurePrestart();
        }
    }

2、scheduleAtFixedRate()

schedule和scheduleAtFixedRate的区别在于，如果指定开始执行的时间在当前系统运行时间之前，scheduleAtFixedRate会把已经过去的时间也作为周期执行，而schedule不会把过去的时间算上。scheduleAtFixedRate()源码如下：

    public ScheduledFuture scheduleAtFixedRate(Runnable command,long initialDelay,long period,TimeUnit unit) {
        if (command == null || unit == null)
            throw new NullPointerException();
        if (period <= 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        ScheduledFutureTask sft =
            new ScheduledFutureTask(command,
                                          null,
                                          triggerTime(initialDelay, unit),
                                          unit.toNanos(period));
        RunnableScheduledFuture t = decorateTask(command, sft);
        sft.outerTask = t;
        delayedExecute(t);
        return t;
    }

SchduledFutureTask：从上面提交任务方法的源码的第六行ScheduledFutureTask sft =new ScheduledFutureTask(command,null,triggerTime(initialDelay, unit), unit.toNanos(period));可以看到scheduleAtFixedRate()方法将command封装为ScheduledFutureTask。下面再来看一下SchduledFutureTask接收的参数(成员变量)：

 - private long time：任务开始的时间 
 - private final long sequenceNumber;：任务的序号 
 - private final long period：任务执行的时间间隔

五、SchduledFutureTask之run方法实现

run方法是调度task的核心，task的执行实际上是run方法的执行。

    public void run() {
            boolean periodic = isPeriodic();
            //如果当前线程池已经不支持执行任务，则取消
            if (!canRunInCurrentRunState(periodic))
                cancel(false);
                //如果不需要周期性执行，则直接执行run方法然后结束
            else if (!periodic)
                ScheduledFutureTask.super.run();
                //如果需要周期执行，则在执行完任务以后，设置下一次执行时间
            else if (ScheduledFutureTask.super.runAndReset()) {
                // 计算下次执行该任务的时间
                setNextRunTime();
                //重复执行任务
                reExecutePeriodic(outerTask);
            }
        }
    }

1. 如果当前线程池运行状态不可以执行任务，取消该任务，然后直接返回，否则执行 步骤2；
2. 如果不是周期性任务，调用FutureTask中的run方法执行，会设置执行结果，然后 直接返回，否则执行步骤3；
3. 如果是周期性任务，调用FutureTask中的runAndReset方法执行，不会设置执行 结果，然后直接返回，否则执行步骤4和步骤5；
4. 计算下次执行该任务的具体时间；
5. 重复执行任务。

reExecutePeriodic方法

void reExecutePeriodic(RunnableScheduledFuture task) {
        if (canRunInCurrentRunState(true)) {
            super.getQueue().add(task);
            if (!canRunInCurrentRunState(true) && remove(task))
                task.cancel(false);
            else
                ensurePrestart();
        }
    }

该方法和delayedExecute方法类似，不同的是：

1. 由于调用reExecutePeriodic方法时已经执行过一次周期性任务了，所以不会 reject当前任务；
2. 传入的任务一定是周期性任务。

一切伟大的行动和思想，都有一个微不足道的开始。