Java调度线程池ScheduleExecutorService
作者： 一字马胡
转载标志 【2017-11-03】
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| 日期 | 更新内容 | 备注 |
|---|---|---|
| 2017-11-03 | 添加转载标志 | 持续更新 |
如果在一个ScheduleExecutorService中提交一个任务，这个任务的调度周期设置
的时间比任务本身执行的时间短的话会出现什么情况？也就是在线程调度时间已经到了
但是上次的任务还没有做完的情况下，ScheduleExecutorService是怎么处理的？
这个问题曾经困扰了我很久，我们都知道，ScheduleExecutorService是一个支持周期调度的线程池，我们可以设置调度的周期period，ScheduleExecutorService会按照设定好的周期调度我们的任务，如果我们设定的调度周期小于任务运行时间，那么很好理解，比如说我们设置的调度周期为1秒，而任务实际只需要10毫秒就可以执行完成一次，那么执行完成之后放到调度队列即可，下次调度时间到了再次调度执行。那么，如果我们的任务执行时间大于我们设定的调度时间会怎么样？比如我们设定的调度周期为1秒，但是我们的任务每次需要执行2秒，这个情况是不是很奇怪呢？
对于ScheduleExecutorService来说，你给我设定的调度周期是1秒，那么我当然1秒就会去运行一次你，但是运行1秒后发现你还在运行，那我是再次运行你还是等你运行完成再调度你运行？
当然，这都是我的主观臆断来猜测ScheduleExecutorService的原理，ScheduleExecutorService的真正原理需要去阅读源码来理解，下面带着这个问题，以解决这个问题为目标去看一下ScheduleExecutorService的源码吧。
首先，我们使用下面的代码作为测试：
private static Runnable blockRunner = () -> {
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
System.out.println("one round:" + new Date());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
};
private static ScheduledExecutorService scheduledExecutorService =
Executors.newScheduledThreadPool(2);
public static void main(String ... args) {
scheduledExecutorService
.scheduleAtFixedRate(blockRunner, 0, 100, TimeUnit.MILLISECONDS);
}
我们设定了调度周期为100毫秒，但是blockRunner实际上需要执行2秒才能返回。关于java的线程池，已经在前面的文章中写到了，可以参考下面的文章：
先来看一下scheduleAtFixedRate这个方法：
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;
}
我们的任务command被包装了两次，一次变成了一个ScheduledFutureTask类型的对象，然后又变成了RunnableScheduledFuture类型的对象。然后执行了一个方法delayedExecute，这个方法字面意思上看起来像是延时执行的意思，看一下它的代码：
private void delayedExecute(RunnableScheduledFuture<?> task) {
if (isShutdown())
reject(task);
else {
super.getQueue().add(task);
if (isShutdown() &&
!canRunInCurrentRunState(task.isPeriodic()) &&
remove(task))
task.cancel(false);
else
ensurePrestart();
}
}
它的执行逻辑是：如果线程池被关闭了，那么拒绝提交的任务，否则，将该任务添加队列中去。这个队列就是ThreadPoolExecutor中的workQueue，而这个workQueue是在ThreadPoolExecutor的构造函数中被初始化的，也就是下面这关键的一句：
public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
ThreadFactory threadFactory,
RejectedExecutionHandler handler) {
super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
new DelayedWorkQueue(), threadFactory, handler);
}
也就是说，我们的任务被添加到了一个DelayedWorkQueue队列中去了，而DelayedWorkQueue我们在Java阻塞队列详解中已经分析过，它是一个可以延迟消费的阻塞队列。而延时的时间是通过接口Delayed的getDelay方法来获得的，我们最后找到ScheduledFutureTask实现了Delayed的getDelay方法。
public long getDelay(TimeUnit unit) {
return unit.convert(time - now(), NANOSECONDS);
}
time变量是什么？原来是delay，好像和period无关啊！！分析了这么久，发现这是第一次执行任务的逻辑啊，我想知道的是第二次、第三次以后和初始的delay无关之后的周期调度的情况啊，继续找吧！
然后发现了ScheduledFutureTask的run方法，很明显这就是任务调度被执行的关键所在，看下代码：
public void run() {
boolean periodic = isPeriodic();
if (!canRunInCurrentRunState(periodic))
cancel(false);
else if (!periodic)
ScheduledFutureTask.super.run();
else if (ScheduledFutureTask.super.runAndReset()) {
setNextRunTime();
reExecutePeriodic(outerTask);
}
}
}
最为关键的地方在于：
else if (ScheduledFutureTask.super.runAndReset()) {
setNextRunTime();
reExecutePeriodic(outerTask);
}
首先是：runAndReset()这个方法，然后是setNextRunTime()这个方法，然后是reExecutePeriodic(outerTask)这个方法。
第一个方法runAndReset()貌似是执行我们的提交的任务的，我们看下代码：
protected boolean runAndReset() {
if (state != NEW ||
!UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,
null, Thread.currentThread()))
return false;
boolean ran = false;
int s = state;
try {
Callable<V> c = callable;
if (c != null && s == NEW) {
try {
c.call(); // don't set result
ran = true;
} catch (Throwable ex) {
setException(ex);
}
}
} finally {
// runner must be non-null until state is settled to
// prevent concurrent calls to run()
runner = null;
// state must be re-read after nulling runner to prevent
// leaked interrupts
s = state;
if (s >= INTERRUPTING)
handlePossibleCancellationInterrupt(s);
}
return ran && s == NEW;
}
关键的地方是c.call()这一句，这个c就是我们提交的任务。
第二个方法setNextRunTime()的意思是设置下次执行的时间，下面是他的代码细节：
private void setNextRunTime() {
long p = period;
if (p > 0)
time += p;
else
time = triggerTime(-p);
}
我们只需要看p>0这个分支就可以了，其实这是两种策略。我们的示例对应了第一个分支的策略，所以很显然，time这个变量会被加p，而p则是我们设定好的period。下面我们找一下这个time是在哪里初始化的，回忆一下scheduleAtFixedRate这个方法的内，我们说我们的任务被包装了两次，而time就是在这里被初始化的：
/**
* Returns the trigger time of a delayed action.
*/
private long triggerTime(long delay, TimeUnit unit) {
return triggerTime(unit.toNanos((delay < 0) ? 0 : delay));
}
/**
* Returns the trigger time of a delayed action.
*/
long triggerTime(long delay) {
return now() +
((delay < (Long.MAX_VALUE >> 1)) ? delay : overflowFree(delay));
}
无论如何，我们知道一个任务会被运行完一次之后再次设置时间，然后线程池会获取任务来执行，而任务队列是一个延时阻塞队列，所以也就造成了周期性运行的假象。可以看下下面获取任务的take方法：
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();
}
}
可以看到，如果delay小于等于0，那么就是说需要被立即调度，否则延时delay这样一段时间。也就是延时消费。
结论就是，一个任务会被重复添加到一个延时任务队列，所以同一时间任务队列中会有多个任务待调度，线程池会首先获取优先级高的任务执行。如果我们的任务运行时间大于设置的调度时间，那么效果就是任务运行多长时间，调度时间就会变为多久，因为添加到任务队列的任务的延时时间每次都是负数，所以会被立刻执行。
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