记忆、淡忘

JAVA并发编程之定时线程池

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JAVA并发编程之线程池ThreadPoolExcutor

在JAVA并发编程之线程池的最后我们讲到了创建定时线程池，其实线程池的创建仍旧是使用的ThreadPoolExcutor的构造函数，具体代码如下：

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

在我们了解ScheduledThreadPoolExecutor到底如何定时完成任务之前，先看下它的结构:

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public class ScheduledThreadPoolExecutor extends ThreadPoolExecutor 
    implements ScheduledExecutorService {
}

继承了ThreadPoolExecutor（参考JAVA并发编程之线程池）并实现了ScheduledExecutorService接口，

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public interface ScheduledExecutorService extends ExecutorService {
    /**
     *  创建一个在指定延迟时间delay后执行的任务
     */
    public ScheduledFuture<?> schedule(Runnable command,
                                       long delay, TimeUnit unit);
    /**
     *   同上，这里是callable对象
     */
    public <V> ScheduledFuture<V> schedule(Callable<V> callable,
                                           long delay, TimeUnit unit);
    /**
     * 创建一个周期性的延迟任务，在给定的延迟时间initialDelay初次执行
     * 之后周期性的执行（每隔period时间执行一次）
     * 如果执行任务时间大于周期，则下一个任务开始时间会推迟，
     */
    public ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command,
                                                  long initialDelay,
                                                  long period,
                                                  TimeUnit unit);
    /**
     * 创建在初始延迟后执行并周期性调用的的任务。
     * 和上面的方法区别是：delay是前一个任务执行完成后和下一个任务开始时间的间隔
     */
    public ScheduledFuture<?> scheduleWithFixedDelay(Runnable command,
                                                     long initialDelay,
                                                     long delay,
                                                     TimeUnit unit);
}

从上面的ScheduledExecutorService接口中我们可以知道定时任务的用法，下面我们我们具体看一下ScheduledThreadPoolExecutor中的实现：

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public ScheduledFuture<?> schedule(Runnable command,
                                   long delay,
                                   TimeUnit unit) {
    if (command == null || unit == null)
        throw new NullPointerException();
    RunnableScheduledFuture<?> t = decorateTask(command,
        new ScheduledFutureTask<Void>(command, null,
                                      triggerTime(delay, unit)));
    delayedExecute(t);
    return t;
}
public <V> ScheduledFuture<V> schedule(Callable<V> callable,
                                       long delay,
                                       TimeUnit unit) {
    if (callable == null || unit == null)
        throw new NullPointerException();
    RunnableScheduledFuture<V> t = decorateTask(callable,
        new ScheduledFutureTask<V>(callable,
                                   triggerTime(delay, unit)));
    delayedExecute(t);
    return t;
}
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<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;
}
public ScheduledFuture<?> scheduleWithFixedDelay(Runnable command,
                                                 long initialDelay,
                                                 long delay,
                                                 TimeUnit unit) {
    if (command == null || unit == null)
        throw new NullPointerException();
    if (delay <= 0)
        throw new IllegalArgumentException();
    ScheduledFutureTask<Void> sft =
        new ScheduledFutureTask<Void>(command,
                                      null,
                                      triggerTime(initialDelay, unit),
                                      unit.toNanos(-delay));
    RunnableScheduledFuture<Void> t = decorateTask(command, sft);
    sft.outerTask = t;
    delayedExecute(t);
    return t;
}

从代码的实现中我们可以知道，传进来的Runnable或Callable接口接口的子类，将它们包装到ScheduledFutureTask中，然后把包装的ScheduledFutureTask放到线程池中执行。这里我们看一下ScheduledFutureTask的构造函数,它是ScheduledThreadPoolExecutor的内部类：

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private class ScheduledFutureTask<V>
            extends FutureTask<V> implements RunnableScheduledFuture<V> {
        /** 序列号sequenceNumber */
        private final long sequenceNumber;
        /** 任务执行的时间，单位：纳秒 */
        private long time;
        /**
         * 执行周期，单位：纳秒。正值表示固定频率执行。负值表示固定延迟执行。值0表示一个非重复性的任务
         */
        private final long period;
        /** 排队的实际任务 */
        RunnableScheduledFuture<V> outerTask = this;
        /**
         *  delay queue中的索引
         */
        int heapIndex;
        //只执行一次的任务
        ScheduledFutureTask(Runnable r, V result, long ns) {
            super(r, result);
            this.time = ns;
            this.period = 0;
            this.sequenceNumber = sequencer.getAndIncrement();
        }
        //周期执行任务
        ScheduledFutureTask(Runnable r, V result, long ns, long period) {
            super(r, result);
            this.time = ns;
            this.period = period;
            this.sequenceNumber = sequencer.getAndIncrement();
        }
       //只执行一次的任务
        ScheduledFutureTask(Callable<V> callable, long ns) {
            super(callable);
            this.time = ns;
            this.period = 0;
            this.sequenceNumber = sequencer.getAndIncrement();
        }
}

我们已经知道如何把Runnable包装成一个定时任务的，下面我们看一下这个任务是如何被延迟提交的

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long triggerTime(long delay) {
    return now() +
        ((delay < (Long.MAX_VALUE >> 1)) ? delay : overflowFree(delay));
}
private void delayedExecute(RunnableScheduledFuture<?> task) {
//当前线程池已经关闭，调用拒绝策略
    if (isShutdown())
        reject(task);
    else {
    //任务添加到队列当中
        super.getQueue().add(task);
    //如果添加任务的时候 线程池关闭了 移除并取消任务
    //周期性任务取消，延时任务继续执行（写代码验证一下）
        if (isShutdown() &&
            !canRunInCurrentRunState(task.isPeriodic()) &&
            remove(task))
            task.cancel(false);
        else
            ensurePrestart();
    }
}
void ensurePrestart() {
    int wc = workerCountOf(ctl.get());
    if (wc < corePoolSize)
        addWorker(null, true);
    else if (wc == 0)
        addWorker(null, false);
}

如果线程池没有关闭，检查当前线程池已启动的线程数，是否达到corePoolSize，没有的话，新建一个线程并启动它。注意，这个时候新建的线程是没有持有任何Runnable对象的，它是在启动后到queue（工作队列）中去取出任务执行。

任务的执行

在上面我们完成了任务的添加，在之前的文章中我们知道，任务的执行方法是调用的本身的run()方法,下面看一下
ScheduledFutureTask的run()

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public void run() {
    boolean periodic = isPeriodic();
    // 检查当前线程池状态是否需要取消
    if (!canRunInCurrentRunState(periodic))
        cancel(false);
    else if (!periodic)// 如果不是周期性任务，直接调用父类FutureTask的run方法执行任务。
        ScheduledFutureTask.super.run();
    else //调用父类run方法执行任务，但是不设置结果,把future设置成初始化状态
    if (ScheduledFutureTask.super.runAndReset()) {
    //设置任务下次执行时间
        setNextRunTime();
    //
        reExecutePeriodic(outerTask);
    }
}

相信到这里你一定不会有恍然大悟的感觉，而是真是++了狗了，哪里有延迟的操作了，因此我们必须看一下DelayedWorkQueue中的任务是如何取出来的。

DelayedWorkQueue

这里主要是讲延迟操作任务，不会详细的讲解DelayedWorkQueue,在上面的分析中我们知道，worker的firstTask=null，因此任务要从队列中去取，下面我们看一下DelayedWorkQueue的take()方法：

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public RunnableScheduledFuture<?> take() throws InterruptedException {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lockInterruptibly();
    try {
        for (;;) {
            RunnableScheduledFuture<?> first = queue[0];
            if (first == null)
                available.await();
            else {
                long delay = first.getDelay(NANOSECONDS);
                if (delay <= 0)
                    return finishPoll(first);
                first = null; // don't retain ref while waiting
                if (leader != null)
                    available.await();
                else {
                    Thread thisThread = Thread.currentThread();
                    leader = thisThread;
                    try {
                        available.awaitNanos(delay);
                    } finally {
                        if (leader == thisThread)
                            leader = null;
                    }
                }
            }
        }
    } finally {
        if (leader == null && queue[0] != null)
            available.signal();
        lock.unlock();
    }
}

这段代码我们就能明白任务是如何延迟执行的，我们取任务的时候会看一下任务的时间与当前时间的差值，如果小于0 证明任务已经到了执行的时间，任务取出执行，如果时间未到，则继续等待（等待和Condition有关，待学习）。