定时线程池原理解析

基本使用

ScheduledThreadPoolExecutor继承自ThreadPoolExecutor。它主要用来在给定的延迟之后运行任务，或者定期执行任务。

public class ScheduledThreadPoolExecutorTest {
    public static void main(String[] args) {
        ScheduledThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ScheduledThreadPoolExecutor(2);
        threadPoolExecutor.scheduleAtFixedRate(() -> System.out.println(1), 2, 3, TimeUnit.SECONDS);
    }
}

上述代码会延迟2秒每隔3秒在控制台打印1。

原理解析

1.延迟队列介绍

看源码之前，先看看延迟队列，延迟任务。

DelayQueue是一个支持延时获取元素的无界阻塞队列。队列使用PriorityQueue来实现。队列中的元素必须实现Delayed接口，在创建元素时可以指定多久才能从队列中获取当前元素。只有在延迟期满时才能从队列中提取元素。

实现Delayed接口，延迟任务

class MyDelayedTask implements Delayed {
    // 当前任务创建时间
    private long start = System.currentTimeMillis();
    // 延时时间
    private long time;

    // 初始化
    public MyDelayedTask(long time) {
        this.time = time;
    }

    /**
     * 需要实现的接口，获得延迟时间（用过期时间-当前时间）
     */
    @Override
    public long getDelay(TimeUnit unit) {
        return unit.convert((start + time) - System.currentTimeMillis(), TimeUnit.MILLISECONDS);
    }

    /**
     * 用于延迟队列内部比较排序（当前时间的延迟时间 - 比较对象的延迟时间）
     */
    @Override
    public int compareTo(Delayed o) {
        return (int) (this.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS) - o.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS));
    }
}

任务生产者向延迟队列中添加任务，消费线程向队列中拉取任务，（比较延迟时间）消费任务。

2.线程池核心原理

• 当前的线程池个数小于核心线程数，直接添加核心线程即可
• 当前的线程池个数大于等于核心线程数，将任务添加至阻塞队列中
• 如果添加阻塞队列失败（队列满了），则需要添加非核心线程数处理任务
• 如果添加非核心线程数失败（线程池满了），执行拒绝策略

3.定时执行原理

3.1构造器

    public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
        super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
              new DelayedWorkQueue());
    }

    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
        this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
             Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
    }

阻塞队列DelayedWorkQueue，有界队列

    static class DelayedWorkQueue extends AbstractQueue<Runnable>
        implements BlockingQueue<Runnable> {
       private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;
        private RunnableScheduledFuture<?>[] queue =
            new RunnableScheduledFuture<?>[INITIAL_CAPACITY];
        
        // ...
    }

ScheduledThreadPoolExecutor内部自定义阻塞队列

3.2周期执行

    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();
        // 初始化任务
        ScheduledFutureTask<Void> sft =
            new ScheduledFutureTask<Void>(command,
                                          null,
                                          triggerTime(initialDelay, unit),
                                          unit.toNanos(period));
        RunnableScheduledFuture<Void> t = decorateTask(command, sft);
        sft.outerTask = t;
        // 添加任务，创建线程处理
        delayedExecute(t);
        return t;
    }

    private void delayedExecute(RunnableScheduledFuture<?> task) {
        // 将当前任务添加至延时队列
        super.getQueue().add(task);
        // 创建核心线程并启动 
        ensurePrestart();
    }

	// 触发时间延时实现
    private long triggerTime(long delay, TimeUnit unit) {
        return now() + delay;
    }

队列任务RunnableScheduledFuture

ScheduledThreadPoolExecutor内部自定义延时任务

定时线程池通过延时队列来达到定时的目的。

仅仅使用延迟队列是无法到达定时执行的目的，因此看从阻塞队列获取任务以及启动线程执行任务代码。

• 获取任务

for (;;) {
    // 从延时队列中获取任务
    Runnable r = workQueue.take();
}
public RunnableScheduledFuture<?> take(){
    // 死循环获取任务
    for (;;) {
        // 获取队列第一个任务
        RunnableScheduledFuture<?> first = queue[0];
        
        // 如果当前队列任务为空，则等待
        if (first == null){
            available.await();
        }
                        
        // 获取当前任务的时间
        long delay = first.getDelay(NANOSECONDS);
        
        // 到延迟时间
        if (delay <= 0){
            // 弹出当前任务【数组头任务】
            return finishPoll(first);
        }
                   
    }
}
// 延迟时间减去当前时间
public long getDelay(TimeUnit unit) {
    return unit.convert(time - now(), NANOSECONDS);
}

• 执行任务

当拿到任务（ScheduledFutureTask）之后，会执行任务：task.run()【ThreadPoolExecutor#runWorker】

public void run() {
   // 执行当前的任务
   if (ScheduledFutureTask.super.runAndReset()) {
        setNextRunTime();
        reExecutePeriodic(outerTask);
    }
}

protected boolean runAndReset() {
    if (state != NEW){
        return false;
    }
    int s = state;
    try {
        Callable<V> c = callable;
        if (c != null && s == NEW) {
            try {
                // 执行任务
                c.call(); 
                // 【重点】如果任务正常执行成功的话,这里会将ran置为true
                // 如果任务执行期间发生异常,会被下面直接捕捉到,不会将此处的ran置为true
                ran = true;
            } catch (Throwable ex) {
                // 出现异常会将state置为EXCEPTIONAL
                // 标记当前任务执行失败并将异常赋值到结果
                setException(ex);
            }finally {
                 s = state;
            }
        }
    }
    // ran：当前任务是否执行成功
    // s：当前任务状态
    // ran为false：当前任务执行失败
    // s == NEW = false：当前任务状态出现异常
    return ran && s == NEW;
}

如果定时任务执行发送异常， runAndReset 返回 false，无法继续执行：

if (ScheduledFutureTask.super.runAndReset()) {
    // 重置下一次任务执行时间
    setNextRunTime();
    // 将任务重新丢进队列
    reExecutePeriodic(outerTask);
}

小结

1.执行任务发生异常会影响定时线程池？

不会。任务执行异常不会影响线程池，只是线程池将当前任务给丢失，没有继续放到队列中（该任务后续就不会执行），线程池仍一直处于运行状态。

2.定时线程池实现原理

线程池 + 延迟队列

3.使用注意事项

使用定时线程池，定时任务一定要加Try Catch