自jdk1.5开始,Java开始提供ScheduledThreadPoolExecutor类来支持周期性任务的调度,在这之前,这些工作需要依靠Timer/TimerTask或者其它第三方工具来完成。但Timer有着不少缺陷,如Timer是单线程模式,调度多个周期性任务时,如果某个任务耗时较久就会影响其它任务的调度;如果某个任务出现异常而没有被catch则可能导致唯一的线程死掉而所有任务都不会再被调度。ScheduledThreadPoolExecutor解决了很多Timer存在的缺陷。
先来看看ScheduledThreadPoolExecutor的实现模型,它通过继承ThreadPoolExecutor来重用线程池的功能,里面做了几件事情:
- 为线程池设置了一个DelayedWorkQueue,该queue同时具有PriorityQueue(优先级大的元素会放到队首)和DelayQueue(如果队列里第一个元素的getDelay返回值大于0,则take调用会阻塞)的功能
- 将传入的任务封装成ScheduledFutureTask,这个类有两个特点,实现了java.lang.Comparable和java.util.concurrent.Delayed接口,也就是说里面有两个重要的方法:compareTo和getDelay。ScheduledFutureTask里面存储了该任务距离下次调度还需要的时间(使用的是基于System#nanoTime实现的相对时间,不会因为系统时间改变而改变,如距离下次执行还有10秒,不会因为将系统时间调前6秒而变成4秒后执行)。getDelay方法就是返回当前时间(运行getDelay的这个时刻)距离下次调用之间的时间差;compareTo用于比较两个任务的优先关系,距离下次调度间隔较短的优先级高。那么,当有任务丢进上面说到的DelayedWorkQueue时,因为它有DelayQueue(DelayQueue的内部使用PriorityQueue来实现的)的功能,所以新的任务会与队列中已经存在的任务进行排序,距离下次调度间隔短的任务排在前面,也就是说这个队列并不是先进先出的;另外,在调用DelayedWorkQueue的take方法的时候,如果没有元素,会阻塞,如果有元素而第一个元素的getDelay返回值大于0(前面说过已经排好序了,第一个元素的getDelay不会大于后面元素的getDelay返回值),也会一直阻塞。
- ScheduledFutureTask提供了一个run的实现,线程池执行的就是这个run方法。看看run的源码(本文的代码取自hotspot1.5.0_22,jdk后续版本的代码可能已经不一样了,如jdk1.7中使用了自己实现的DelayedWorkQueue,而不再使用PriorityQueue作为存储,不过从外面看它们的行为还是一样的,所以并不影响对ScheduledThreadPoolExecutor调度机制的理解):
public void run() {
if (isPeriodic())
runPeriodic();
else
ScheduledFutureTask. super .run();
}
|
如果不是周期性任务就直接执行任务(也就是else部分),这个主要是用于实现ScheduledThreadPoolExecutor#schedule(Callable callable, long delay, TimeUnit unit)和ScheduledThreadPoolExecutor#schedule(Runnable command, long delay, TimeUnit unit),后面会讲到它们的实现,这里先关注周期任务的执行方式。周期性任务执行的是runPeriodic(),看下它的实现:
private void runPeriodic() {
boolean ok = ScheduledFutureTask. super .runAndReset();
boolean down = isShutdown();
if (ok && (!down ||
(getContinueExistingPeriodicTasksAfterShutdownPolicy() &&
!isTerminating()))) {
long p = period;
if (p > 0 )
time += p;
else
time = triggerTime(-p);
ScheduledThreadPoolExecutor. super .getQueue().add( this );
}
else if (down)
interruptIdleWorkers();
}
|
这里可以看到,先执行了任务本身(ScheduledFutureTask.super.runAndReset),这个调用有一个返回值,来看下它的实现:
protected boolean runAndReset() {
return sync.innerRunAndReset();
}
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跟进去看下innerRunAndReset():
boolean innerRunAndReset() {
if (!compareAndSetState( 0 , RUNNING))
return false ;
try {
runner = Thread.currentThread();
callable.call();
runner = null ;
return compareAndSetState(RUNNING, 0 );
} catch (Throwable ex) {
innerSetException(ex);
return false ;
}
}
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可以发现,这里需要关注的是第三个return,也就是如果任务执行出现了异常,会被catch且返回false.
继续看runPeriodic()方法,if里面,如果刚才任务执行的返回值是true且线程池还在运行就在if块中的操作,如果线程池被关闭了就做else if里的操作。也就是说,如果之前的任务执行出现的异常返回了false,那么if里以及else if里的代码都不会执行了,那有什么影响?接下来看看if里做了什么。
if里的代码很简单,分为两部分,一是计算这个任务下次调度的间隔,二是将任务重新放回队列中。回到出现异常的情况,如果刚才的任务执行出现了异常,就不会将任务再放回队列中,换而言之,也就是这个任务再也得不到调度了!但是,这并不影响其它周期任务的调度。
综上,可以看到,ScheduledThreadPoolExecutor执行周期性任务的模型就是:调度一次任务,计算并设置该任务下次间隔,将任务放回队列中供线程池执行。这里的队列起了很大的作用,且有一些特点:距离下次调度间隔短的任务总是在队首,队首的任务若距离下次调度的间隔时间大于0就无法从该队列的take()方法中拿到任务。
接下来看看ScheduledThreadPoolExecutor#schedule(Callable callable, long delay, TimeUnit unit)和ScheduledThreadPoolExecutor#schedule(Runnable command, long delay, TimeUnit unit)这两个非周期性任务的实现方式,先看看它们的源码:
public ScheduledFuture<?> schedule(Runnable command,
long delay,
TimeUnit unit) {
if (command == null || unit == null )
throw new NullPointerException();
ScheduledFutureTask<?> t =
new ScheduledFutureTask<Boolean>(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();
ScheduledFutureTask<V> t =
new ScheduledFutureTask<V>(callable, triggerTime(delay, unit));
delayedExecute(t);
return t;
}
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private void delayedExecute(Runnable command) {
if (isShutdown()) {
reject(command);
return ;
}
if (getPoolSize() < getCorePoolSize())
prestartCoreThread();
super .getQueue().add(command);
}
|
实现方式也很简单,在创建ScheduledThreadPoolExecutor内部任务(即ScheduledFutureTask)的时候就将调度间隔计算并设置好,如果当前线程数小于设置的核心线程数,就启动一个线程(可能是线程池刚启动里面还没有线程,也可能是里面的线程执行任务时挂掉了。如果线程池中的线程挂掉了而又没有调用这些schedule方法谁去补充挂掉的线程?不用担心,线程池自己会处理的)去监听队列里的任务,然后将任务放到队列里,在任务执行间隔不大于0的时候,线程就可以拿到这个任务并执行。
周期性任务的入口(ScheduledThreadPoolExecutor#scheduleAtFixedRate(Runnable command, long initialDelay, long period, TimeUnit unit)和ScheduledThreadPoolExecutor#scheduleWithFixedDelay(Runnable command, long initialDelay, long delay, TimeUnit unit))与非周期性任务是类似的,它们处理方式不同的地方在于前文说到的ScheduledFutureTask#run()中。
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