前言
通过上一篇文章【Java定时调度机制 - Timer】的分析，我们知道，Java的定时调度可以通过Timer&TimerTask来实现。由于其实现的方式为单线程，因此从JDK1.3发布之后就一直存在一些问题，大致如下：
- 多个任务之间会相互影响
- 多个任务的执行是串行的，性能较低
ScheduledExecutorService在设计之初就是为了解决Timer&TimerTask的这些问题。因为天生就是基于多线程机制，所以任务之间不会相互影响（只要线程数足够。当线程数不足时，有些任务会复用同一个线程）。
除此之外，因为其内部使用的延迟队列，本身就是基于等待/唤醒机制实现的，所以CPU并不会一直繁忙。同时，多线程带来的CPU资源复用也能极大地提升性能。
如何使用
基本作用
因为ScheduledExecutorService继承于ExecutorService，所以本身支持线程池的所有功能。额外还提供了4种方法，我们来看看其作用。
/**
* 带延迟时间的调度，只执行一次
* 调度之后可通过Future.get()阻塞直至任务执行完毕
*/
1. public ScheduledFuture schedule(Runnable command,
long delay, TimeUnit unit);
/**
* 带延迟时间的调度，只执行一次
* 调度之后可通过Future.get()阻塞直至任务执行完毕，并且可以获取执行结果
*/
2. public ScheduledFuture schedule(Callable callable,
long delay, TimeUnit unit);
/**
* 带延迟时间的调度，循环执行，固定频率
*/
3. public ScheduledFuture scheduleAtFixedRate(Runnable command,
long initialDelay,
long period,
TimeUnit unit);
/**
* 带延迟时间的调度，循环执行，固定延迟
*/
4. public ScheduledFuture scheduleWithFixedDelay(Runnable command,
long initialDelay,
long delay,
TimeUnit unit);
1. schedule Runnable
该方法用于带延迟时间的调度，只执行一次。调度之后可通过Future.get()阻塞直至任务执行完毕。我们来看一个例子。
@Test public void test_schedule4Runnable() throws Exception {
ScheduledExecutorService service = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
ScheduledFuture future = service.schedule(() -> {
try {
Thread.sleep(3000L);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("task finish time: " + format(System.currentTimeMillis()));
}, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS);
System.out.println("schedule finish time: " + format(System.currentTimeMillis()));
System.out.println("Runnable future's result is: " + future.get() +
", and time is: " + format(System.currentTimeMillis()));
}
上述代码达到的效果应该是这样的：延迟执行时间为1秒，任务执行3秒，任务只执行一次，同时通过Future.get()阻塞直至任务执行完毕。
我们运行看到的效果的确和我们猜想的一样，如下图所示。
2. schedule Callable
在schedule Runnable的基础上，我们将Runnable改为Callable来看一下。
@Test public void test_schedule4Callable() throws Exception {
ScheduledExecutorService service = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
ScheduledFuture future = service.schedule(() -> {
try {
Thread.sleep(3000L);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("task finish time: " + format(System.currentTimeMillis()));
return "success";
}, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS);
System.out.println("schedule finish time: " + format(System.currentTimeMillis()));
System.out.println("Callable future's result is: " + future.get() +
", and time is: " + format(System.currentTimeMillis()));
}
运行看到的结果和Runnable基本相同，唯一的区别在于future.get()能拿到Callable返回的真实结果。
3. scheduleAtFixedRate
该方法用于固定频率地对一个任务循环执行，我们通过一个例子来看看效果。
@Test public void test_scheduleAtFixedRate() {
ScheduledExecutorService service = Executors.newScheduledThreadPool(5);
service.scheduleAtFixedRate(() -> {
try {
Thread.sleep(3000L);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("task finish time: " + format(System.currentTimeMillis()));
}, 1000L, 1000L, TimeUnit.MILLISECONDS);
System.out.println("schedule finish time: " + format(System.currentTimeMillis()));
while (true) {
}
}
在这个例子中，任务初始延迟1秒，任务执行3秒，任务执行间隔为1秒。我们来看看执行结果：
4. scheduleWithFixedDelay
该方法用于固定延迟地对一个任务循环执行，我们通过一个例子来看看效果。
@Test public void test_scheduleWithFixedDelay() {
ScheduledExecutorService service = Executors.newScheduledThreadPool(5);
service.scheduleWithFixedDelay(() -> {
try {
Thread.sleep(3000L);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("task finish time: " + format(System.currentTimeMillis()));
}, 1000L, 1000L, TimeUnit.MILLISECONDS);
System.out.println("schedule finish time: " + format(System.currentTimeMillis()));
while (true) {
}
}
在这个例子中，任务初始延迟1秒，任务执行3秒，任务执行间隔为1秒。我们来看看执行结果：
5. scheduleAtFixedRate和scheduleWithFixedDelay的区别
既然这两个方法都是对任务循环执行，那么他们又有何区别呢？通过jdk文档我们找到了答案。
直白地讲，
scheduleAtFixedRate()为固定频率，scheduleWithFixedDelay()为固定延迟。固定频率是相对于任务执行的开始时间，而固定延迟是相对于任务执行的结束时间，这就是他们最根本的区别！
另外，从3和4的运行结果也能看出这些差异。
源码阅读初体验
一般源码的入口在于构造方法，我们来看看。
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
}
public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
new DelayedWorkQueue());
}
在构造方法中我们看到以下信息：
-
ScheduledThreadPoolExecutor构造方法最终调用的是ThreadPoolExecutor构造方法 - 阻塞队列使用的是
DelayedWorkQueue
上述信息的第2点至关重要，但是限于篇幅，本文将不做深入分析。
接下来我们看看scheduleWithFixedDelay()方法，主要做了3件事情：
- 入参校验，包括空指针、数字范围
- 将
Runnable包装成RunnableScheduledFuture - 延迟执行
RunnableScheduledFuture
public ScheduledFuture scheduleWithFixedDelay(Runnable command,
long initialDelay,
long delay,
TimeUnit unit) {
// 1. 入参校验，包括空指针、数字范围
if (command == null || unit == null)
throw new NullPointerException();
if (delay <= 0)
throw new IllegalArgumentException();
// 2. 将Runnable包装成`RunnableScheduledFuture`
ScheduledFutureTask sft =
new ScheduledFutureTask(command,
null,
triggerTime(initialDelay, unit),
unit.toNanos(-delay));
RunnableScheduledFuture t = decorateTask(command, sft);
sft.outerTask = t;
// 3. 延迟执行`RunnableScheduledFuture`
delayedExecute(t);
return t;
}
delayedExecute()这个方法从字面描述来看是延迟执行的意思，我们深入到这个方法里面去看看。
private void delayedExecute(RunnableScheduledFuture task) {
// 1. 线程池运行状态判断
if (isShutdown())
reject(task);
else {
// 2. 将任务添加到队列
super.getQueue().add(task);
// 3. 如果任务添加到队列之后，线程池状态变为非运行状态，
// 需要将任务从队列移除，同时通过任务的`cancel()`方法来取消任务
if (isShutdown() &&
!canRunInCurrentRunState(task.isPeriodic()) &&
remove(task))
task.cancel(false);
// 4. 如果任务添加到队列之后，线程池状态是运行状态，需要提前启动线程
else
ensurePrestart();
}
}
在线程池状态正常的情况下，最终会调用ensurePrestart()方法来完成线程的创建。主要逻辑有两个：
- 当前线程数未达到核心线程数，则创建核心线程
- 当前线程数已达到核心线程数，则创建非核心线程，不会将任务放到阻塞队列中，这一点是和普通线程池是不相同的
/**
* Same as prestartCoreThread except arranges that at least one
* thread is started even if corePoolSize is 0.
*/
void ensurePrestart() {
int wc = workerCountOf(ctl.get());
// 1. 当前线程数未达到核心线程数，则创建核心线程
if (wc < corePoolSize)
addWorker(null, true);
// 2. 当前线程数已达到核心线程数，则创建非核心线程，
// 2.1 不会将任务放到阻塞队列中，这一点是和普通线程池是不相同的
else if (wc == 0)
addWorker(null, false);
}
至此，除了DelayedWorkQueue延迟队列的源码还未分析，其他的我们都分析完了。
总结
首先，我们了解了ScheduledExecutorService的基本作用，然后在此基础上写了一些demo来做验证，得到的结果和基本作用是完全相同的。
然后，我们对其内部的实现原理和源代码做了初步的分析，知道了其和普通线程池是不同的地方在于：阻塞队列和创建线程的方式。