ScheduledThreadPoolExecutor原理探究
简介
ThreadPoolExecutor是Executors中一部分功能,下面来介绍另外一部分功能也就是ScheduledThreadPoolExecutor的实现,后者是一个可以在一定延迟时候或者定时进行任务调度的线程池。
Executors其实是个工具类,里面提供了好多静态方法,根据用户选择返回不同的线程池实例。 ScheduledThreadPoolExecutor继承了ThreadPoolExecutor并实现ScheduledExecutorService接口,关于ThreadPoolExecutor的介绍可以参考: http://www.jianshu.com/p/3cc67876375f 线程池队列是DelayedWorkQueue,它是对delayqueue的优化,关于delayqueue参考:http://www.jianshu.com/p/2659eb72134b ScheduledFutureTask是阻塞队列元素是对任务修饰。
Executors的类图结构如下:
ScheduledThreadPoolExecutor的构造函数如下:
//使用改造后的delayqueue.
public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, TimeUnit.NANOSECONDS,
new DelayedWorkQueue());
}
实例
// 任务间以固定时间间隔执行,延迟1s后开始执行任务,任务执行完毕后间隔2s再次执行,任务执行完毕后间隔2s再次执行,依次往复
static void scheduleWithFixedDelay() throws InterruptedException, ExecutionException {
ScheduledExecutorService executorService = new ScheduledThreadPoolExecutor(10);
ScheduledFuture<?> result = executorService.scheduleWithFixedDelay(new Runnable() {
public void run() {
System.out.println(System.currentTimeMillis());
}
}, 1000, 2000, TimeUnit.MILLISECONDS);
// 由于是定时任务,一直不会返回
result.get();
System.out.println("over");
}
// 相对开始加入任务的时间点固定频率执行:从加入任务开始算1s后开始执行任务,1+2s开始执行,1+2*2s执行,1+n*2s开始执行;
// 但是如果执行任务时间大约2s则不会并发执行后续任务将会延迟。
static void scheduleAtFixedRate() throws InterruptedException, ExecutionException {
ScheduledExecutorService executorService = new ScheduledThreadPoolExecutor(10);
ScheduledFuture<?> result = executorService.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
public void run() {
System.out.println(System.currentTimeMillis());
}
}, 1000, 2000, TimeUnit.MILLISECONDS);
// 由于是定时任务,一直不会返回
result.get();
System.out.println("over");
}
// 延迟1s后开始执行,只执行一次,没有返回值
static void scheduleRunable() throws InterruptedException, ExecutionException {
ScheduledExecutorService executorService = new ScheduledThreadPoolExecutor(10);
ScheduledFuture<?> result = executorService.schedule(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("gh");
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS);
System.out.println(result.get());
}
// 延迟1s后开始执行,只执行一次,有返回值
static void scheduleCaller() throws InterruptedException, ExecutionException {
ScheduledExecutorService executorService = new ScheduledThreadPoolExecutor(10);
ScheduledFuture<String> result = executorService.schedule(new Callable<String>() {
@Override
public String call() throws Exception {
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
return "gh";
}
}, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS);
// 阻塞,直到任务执行完成
System.out.print(result.get());
}
源码分析
schedule函数
public ScheduledFuture<?> schedule(Runnable command, long delay,
TimeUnit unit) {
if (command == null || unit == null)
throw new NullPointerException();
//装饰任务,主要实现public long getDelay(TimeUnit unit)和int compareTo(Delayed other)方法
RunnableScheduledFuture<?> t = decorateTask(command,
new ScheduledFutureTask<Void>(command, null,
triggerTime(delay, unit)));
//添加任务到延迟队列
delayedExecute(t);
return t;
}
private void delayedExecute(RunnableScheduledFuture<?> task) {
//如果线程池关闭了,则拒绝任务
if (isShutdown())
reject(task);
else {
//添加任务到队列
super.getQueue().add(task);
//再次检查线程池关闭
if (isShutdown() &&
!canRunInCurrentRunState(task.isPeriodic()) &&
remove(task))
task.cancel(false);
else
//确保至少一个线程在处理任务,即使核心线程数corePoolSize为0
ensurePrestart();
}
}
void ensurePrestart() {
int wc = workerCountOf(ctl.get());
//增加核心线程数
if (wc < corePoolSize)
addWorker(null, true);
//如果初始化corePoolSize==0,则也添加一个线程。
else if (wc == 0)
addWorker(null, false);
}
上面做的首先吧runnable装饰为delay队列所需要的格式的元素,然后把元素加入到阻塞队列,然后线程池线程会从阻塞队列获取超时的元素任务进行处理,下面看下队列元素如何实现的。
//r为被修饰任务,result=null,ns为当前时间加上delay时间后的
ScheduledFutureTask(Runnable r, V result, long ns) {
super(r, result);
this.time = ns;
this.period = 0;
this.sequenceNumber = sequencer.getAndIncrement();
}
//通过适配器把runnable转换为callable
public FutureTask(Runnable runnable, V result) {
this.callable = Executors.callable(runnable, result);
this.state = NEW; // ensure visibility of callable
}
long triggerTime(long delay, TimeUnit unit) {
return triggerTime(unit.toNanos((delay < 0) ? 0 : delay));
}
修饰后把当前任务修饰为了delay队列所需元素,下面看下元素的两个重要方法:过期时间计算和元素比较。
过期时间计算
//元素过期算法,装饰后时间-当前时间,就是即将过期剩余时间
public long getDelay(TimeUnit unit) {
return unit.convert(time - now(), TimeUnit.NANOSECONDS);
}
元素比较
public int compareTo(Delayed other) {
if (other == this) // compare zero ONLY 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 d = (getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS) -
other.getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS));
return (d == 0) ? 0 : ((d < 0) ? -1 : 1);
}
schedule(Callable callable, long delay, TimeUnit unit)和schedule(Runnable command, long delay,TimeUnit unit)类似。
compareTo作用是在加入元素到dealy队列时候进行比较,需要调整堆让最快要过期的元素放到队首。所以无论什么时候向队列里面添加元素,队首的都是最即将过期的元素。
scheduleWithFixedDelay函数
定时调度:相邻任务间时间固定。
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();
//修饰包装,注意这里是period=-delay<0
ScheduledFutureTask<Void> sft =
new ScheduledFutureTask<Void>(command,
null,
triggerTime(initialDelay, unit),
unit.toNanos(-delay));
RunnableScheduledFuture<Void> t = decorateTask(command, sft);
sft.outerTask = t;
//添加任务到队列
delayedExecute(t);
return t;
}
//period为 delay时间
ScheduledFutureTask(Runnable r, V result, long ns, long period) {
super(r, result);
this.time = ns;
this.period = period;
this.sequenceNumber = sequencer.getAndIncrement();
}
任务添加到队列后,工作线程会从队列获取并移除到期的元素,然后执行run方法,所以下面看看ScheduledFutureTask的run方法如何实现定时调度的。
public void run() {
//是否只执行一次
boolean periodic = isPeriodic();
//取消任务
if (!canRunInCurrentRunState(periodic))
cancel(false);
//只执行一次,调用schdule时候
else if (!periodic)
ScheduledFutureTask.super.run();
//定时执行
else if (ScheduledFutureTask.super.runAndReset()) {
//设置time=time+period
setNextRunTime();
//重新加入该任务到delay队列
reExecutePeriodic(outerTask);
}
}
private void setNextRunTime() {
long p = period;
if (p > 0)
time += p;
else//由于period=-delay所以执行这里,设置time=now()+delay
time = triggerTime(-p);
}
定时调度是先从队列获取任务然后执行,然后在重新设置任务时间,在把任务放入队列实现的。 如果任务执行时间大于delay时间则等任务执行完毕后的delay时间后在次调用任务,不会同一个任务并发执行。
scheduleAtFixedRate函数
定时调度:相对起始时间点固定频率调用。
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();
//装饰任务类,注意period=period>0,不是负的
ScheduledFutureTask<Void> sft =
new ScheduledFutureTask<Void>(command,
null,
triggerTime(initialDelay, unit),
unit.toNanos(period));
RunnableScheduledFuture<Void> t = decorateTask(command, sft);
sft.outerTask = t;
//添加任务到队列
delayedExecute(t);
return t;
}
private void setNextRunTime() {
long p = period;
//period=delay;
if (p > 0)
time += p;//由于period>0所以执行这里,设置time=time+delay
else
time = triggerTime(-p);
}
相对于上面delay,rate方式执行规则为时间为initdelday + n*period;时候启动任务,但是如果当前任务还没有执行完,要等到当前任务执行完毕后在执行一个任务。
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