Java并发编程之调度线程池

调度线程池:

调度线程池是线程池类ThreadPoolExecutor的子类，复用了线程池的计算框架，主要用于解决任务在一定的时间间隔后重复执行的问题。

例子

public class ScheduledThreadPoolTest {/*** 以固定的频率调度，包括任务执行的时间*/public static void scheduledAtFixRate(){ScheduledExecutorService scheduledExecutorService = Executors.newScheduledThreadPool(10);//任务开始执行的延迟时间int initDelay = 1;//任务循环执行的间隔int period = 5;scheduledExecutorService.scheduleAtFixedRate(new Task(),initDelay,period,TimeUnit.SECONDS);}/*** 以固定的时间间隔调度，不包括任务执行的时间*/public static void scheduledWithFixDelay(){ScheduledExecutorService scheduledExecutorService = Executors.newScheduledThreadPool(10);//任务开始执行的延迟时间int initDelay = 1;//任务循环执行的间隔int period = 5;scheduledExecutorService.scheduleWithFixedDelay(new Task(),initDelay,period,TimeUnit.SECONDS);}static class Task implements Runnable{@Overridepublic void run() {System.out.println(String.format("开始执行任务调度,执行线程:%s",Thread.currentThread().getName()));try {//模拟任务的执行时间为5秒Thread.sleep(5000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("执行任务调度完成");}}public static void main(String[] args){ScheduledThreadPoolTest.scheduledAtFixRate();ScheduledThreadPoolTest.scheduledWithFixDelay();}
}

其中，ScheduledThreadPoolTest.scheduleAtFixRate()方法，会启动一个调度线程池，并以初始延迟1s，固定频率为5s，使用调度线程池的scheduleAtFixedRate执行任务Task，任务Task的执行时间为5s。
ScheduledThreadPoolTest.scheduleWithFixDelay()方法，会启动一个调度线程池，并以初始延迟1s，固定频率为5s，使用调度线程池的scheduleWithFixedDelay执行任务Task，任务Task的执行时间为5s。
那么，这两个方法的区别在哪里呢？scheduleAtFixRate是以固定的频率执行任务，在本例中任务开始执行的时间点（以当前时间为起点）为：1s，6s，11s，16s，…，该方法和任务本身的执行时间无关，以固定的频率触发任务执行。而scheduleWithFixDelay是以固定的延迟执行任务，在本例中任务开始执行的时间点（以当前时间为起点）为：1s，11s，21s，31s，…，该方法和任务本身的执行时间相关，在任务执行完成后间隔5s再开始执行下一次任务。

ScheduledExecutorService:

//Executors类的newScheduledThreadPool方法
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);}

//可以看到该类是ThreadPoolExecutor的子类，并且构造函数里面向父类传递了一个类型为DelayedWorkQueue的阻塞队列.
public class ScheduledThreadPoolExecutor extends ThreadPoolExecutor implements ScheduledExecutorService {public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,new DelayedWorkQueue());}...
}

scheduleAtFixedRate:

 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();//将待执行的任务进行包装，生成一个调度任务，任务循环执行的秘密就在这个调度任务里ScheduledFutureTask<Void> sft =new ScheduledFutureTask<Void>(command,null,triggerTime(initialDelay, unit),unit.toNanos(period));RunnableScheduledFuture<Void> t = decorateTask(command, sft);sft.outerTask = t;delayedExecute(t);return t;}private void delayedExecute(RunnableScheduledFuture<?> task) {if (isShutdown())reject(task);else {//将任务添加进阻塞队列，这个阻塞队列就是上面提的DelayedWorkQueuesuper.getQueue().add(task);if (isShutdown() &&!canRunInCurrentRunState(task.isPeriodic()) &&remove(task))task.cancel(false);elseensurePrestart();}
}

ScheduledFutureTask是如何实现任务循环执行:

private class ScheduledFutureTask<V>extends FutureTask<V> implements RunnableScheduledFuture<V> {/*** 任务执行的具体方法，还记得ThreadPoolExecutor的runWorker方法吗？方法内部会调用任务的run()方法以执行具体的任务*/public void run() {//判断任务是否需要周期执行boolean periodic = isPeriodic();if (!canRunInCurrentRunState(periodic))cancel(false);else if (!periodic)ScheduledFutureTask.super.run();//执行具体的任务，调用最原始任务的run()方法    else if (ScheduledFutureTask.super.runAndReset()) {//计算任务下一次开始执行的时间setNextRunTime();//重新将任务放入阻塞队列，DelayedWorkQueuereExecutePeriodic(outerTask);}} //计算任务下一次执行时间private void setNextRunTime() {long p = period;if (p > 0)time += p;elsetime = triggerTime(-p);} void reExecutePeriodic(RunnableScheduledFuture<?> task) {if (canRunInCurrentRunState(true)) {//将任务放入阻塞队列，DelayedWorkQueuesuper.getQueue().add(task);if (!canRunInCurrentRunState(true) && remove(task))task.cancel(false);elseensurePrestart();}}
}

可以看到这里的关键是在执行任务的同时，计算任务的下一次执行时间，并用原始任务生成一个新的任务重新放入阻塞队列等待执行。

阻塞队列DelayedWorkQueue:

static class DelayedWorkQueue extends AbstractQueue<Runnable>implements BlockingQueue<Runnable>//线程池的Worker会从阻塞队列中取任务，调用的就是队列的take方法public RunnableScheduledFuture<?> take() throws InterruptedException {//多线程操作，要先获取锁final ReentrantLock lock = this.lock;//以可中断的方式获取锁，线程池被关闭的时候会中断内部线程lock.lockInterruptibly();try {for (;;) {RunnableScheduledFuture<?> first = queue[0];if (first == null)//如果队列中无任务需要等待available.await();else {//计算任务是否到达执行时间，<0代表到达执行时间直接返回，否则等待long delay = first.getDelay(NANOSECONDS);if (delay <= 0)//从队列中出队，并维护堆（此处队列内部是用堆来实现的）return finishPoll(first);first = null; // don't retain ref while waiting//leader不为空，说明其他线程正在获取任务，当前线程必须等待if (leader != null)available.await();else {//leander指的是处理队列中第一个任务的线程，leader为空，将当前线程设置为leaderThread thisThread = Thread.currentThread();leader = thisThread;try {// 阻塞一定时间（调度任务的时间）available.awaitNanos(delay);} finally {if (leader == thisThread)leader = null;}}}}} finally {if (leader == null && queue[0] != null)//任务获取成功后，唤醒其他等待的线程available.signal();lock.unlock();}}
}

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