深读源码-java线程系列之线程池深入解析—

本文主要是介绍深读源码-java线程系列之线程池深入解析——定时任务执行流程，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

简介

前面我们一起学习了普通任务、未来任务的执行流程，今天我们再来学习一种新的任务——定时任务。

定时任务是我们经常会用到的一种任务，它表示在未来某个时刻执行，或者未来按照某种规则重复执行的任务。

问题

（1）如何保证任务是在未来某个时刻才被执行？

（2）如何保证任务按照某种规则重复执行？

来个栗子

创建一个定时线程池，用它来跑四种不同的定时任务。

public class ThreadPoolTest03 {public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {// 创建一个定时线程池ScheduledThreadPoolExecutor scheduledThreadPoolExecutor = new ScheduledThreadPoolExecutor(5);System.out.println("start: " + System.currentTimeMillis());// 执行一个无返回值任务，5秒后执行，只执行一次scheduledThreadPoolExecutor.schedule(() -> {System.out.println("spring: " + System.currentTimeMillis());}, 5, TimeUnit.SECONDS);// 执行一个有返回值任务，5秒后执行，只执行一次ScheduledFuture<String> future = scheduledThreadPoolExecutor.schedule(() -> {System.out.println("inner summer: " + System.currentTimeMillis());return "outer summer: ";}, 5, TimeUnit.SECONDS);// 获取返回值System.out.println(future.get() + System.currentTimeMillis());// 按固定频率执行一个任务，每2秒执行一次，1秒后执行// 任务开始时的2秒后scheduledThreadPoolExecutor.scheduleAtFixedRate(() -> {System.out.println("autumn: " + System.currentTimeMillis());LockSupport.parkNanos(TimeUnit.SECONDS.toNanos(1));}, 1, 2, TimeUnit.SECONDS);// 按固定延时执行一个任务，每延时2秒执行一次，1秒执行// 任务结束时的2秒后scheduledThreadPoolExecutor.scheduleWithFixedDelay(() -> {System.out.println("winter: " + System.currentTimeMillis());LockSupport.parkNanos(TimeUnit.SECONDS.toNanos(1));}, 1, 2, TimeUnit.SECONDS);}
}

定时任务总体分为四种：

（1）未来执行一次的任务，无返回值；

（2）未来执行一次的任务，有返回值；

（3）未来按固定频率重复执行的任务；

（4）未来按固定延时重复执行的任务；

本文主要以第三种为例进行源码解析。

scheduleAtFixedRate()方法

提交一个按固定频率执行的任务。

public ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command,long initialDelay,long period,TimeUnit unit) {// 参数判断if (command == null || unit == null)throw new NullPointerException();if (period <= 0)throw new IllegalArgumentException();// 将普通任务装饰成ScheduledFutureTaskScheduledFutureTask<Void> sft =new ScheduledFutureTask<Void>(command,null,triggerTime(initialDelay, unit),unit.toNanos(period));// 钩子方法，给子类用来替换装饰task，这里认为t==sftRunnableScheduledFuture<Void> t = decorateTask(command, sft);sft.outerTask = t;// 延时执行delayedExecute(t);return t;
}

可以看到，这里的处理跟未来任务类似，都是装饰成另一个任务，再拿去执行，不同的是这里交给了delayedExecute()方法去执行，这个方法是干嘛的呢？

delayedExecute()方法

延时执行。

private void delayedExecute(RunnableScheduledFuture<?> task) {// 如果线程池关闭了，执行拒绝策略if (isShutdown())reject(task);else {// 先把任务扔到队列中去super.getQueue().add(task);// 再次检查线程池状态if (isShutdown() &&!canRunInCurrentRunState(task.isPeriodic()) &&remove(task))task.cancel(false);else// 保证有足够线程执行任务ensurePrestart();}
}
void ensurePrestart() {int wc = workerCountOf(ctl.get());// 创建工作线程// 注意，这里没有传入firstTask参数，因为上面先把任务扔到队列中去了// 另外，没用上maxPoolSize参数，所以最大线程数量在定时线程池中实际是没有用的if (wc < corePoolSize)addWorker(null, true);else if (wc == 0)addWorker(null, false);
}

到这里就结束了？！

实际上，这里只是控制任务能不能被执行，真正执行任务的地方在任务的run()方法中。

还记得上面的任务被装饰成了ScheduledFutureTask类的实例吗？所以，我们只要看ScheduledFutureTask的run()方法就可以了。

ScheduledFutureTask类的run()方法

定时任务执行的地方。

public void run() {// 是否重复执行boolean periodic = isPeriodic();// 线程池状态判断if (!canRunInCurrentRunState(periodic))cancel(false);// 一次性任务，直接调用父类的run()方法，这个父类实际上是FutureTask// 这里我们不再讲解，有兴趣的同学看看上一章的内容else if (!periodic)ScheduledFutureTask.super.run();// 重复性任务，先调用父类的runAndReset()方法，这个父类也是FutureTask// 本文主要分析下面的部分else if (ScheduledFutureTask.super.runAndReset()) {// 设置下次执行的时间setNextRunTime();// 重复执行reExecutePeriodic(outerTask);}
}

可以看到，对于重复性任务，先调用FutureTask的runAndReset()方法，再设置下次执行的时间，最后再调用reExecutePeriodic()方法。

FutureTask的runAndReset()方法与run()方法类似，只是其任务运行完毕后不会把状态修改为NORMAL，有兴趣的同学点进源码看看。

再来看看reExecutePeriodic()方法。

void reExecutePeriodic(RunnableScheduledFuture<?> task) {// 线程池状态检查if (canRunInCurrentRunState(true)) {// 再次把任务扔到任务队列中super.getQueue().add(task);// 再次检查线程池状态if (!canRunInCurrentRunState(true) && remove(task))task.cancel(false);else// 保证工作线程足够ensurePrestart();}
}

到这里是不是豁然开朗了，原来定时线程池执行重复任务是在任务执行完毕后，又把任务扔回了任务队列中。

重复性的问题解决了，那么，它是怎么控制任务在某个时刻执行的呢？

OK，这就轮到我们的延时队列登场了。

DelayedWorkQueue内部类

我们知道，线程池执行任务时需要从任务队列中拿任务，而普通的任务队列，如果里面有任务就直接拿出来了，但是延时队列不一样，它里面的任务，如果没有到时间也是拿不出来的，这也是前面分析中一上来就把任务扔进队列且创建Worker没有传入firstTask的原因。

说了这么多，它到底是怎么实现的呢？

其实，延时队列我们在前面都详细分析过，想看完整源码分析的可以看看之前的《深读源码-java集合之DelayQueue源码分析》。

延时队列内部是使用“堆”这种数据结构来实现的，有兴趣的同学可以看看之前的《什么是堆》。

我们这里只拿一个take()方法出来分析。

public RunnableScheduledFuture<?> take() throws InterruptedException {final ReentrantLock lock = this.lock;// 加锁lock.lockInterruptibly();try {for (;;) {// 堆顶任务RunnableScheduledFuture<?> first = queue[0];// 如果队列为空，则等待if (first == null)available.await();else {// 还有多久到时间long delay = first.getDelay(NANOSECONDS);// 如果小于等于0，说明这个任务到时间了，可以从队列中出队了if (delay <= 0)// 出队，然后堆化return finishPoll(first);// 还没到时间first = null;// 如果前面有线程在等待，直接进入等待if (leader != null)available.await();else {// 当前线程作为leaderThread thisThread = Thread.currentThread();leader = thisThread;try {// 等待上面计算的延时时间，再自动唤醒available.awaitNanos(delay);} finally {// 唤醒后再次获得锁后把leader再置空if (leader == thisThread)leader = null;}}}}} finally {if (leader == null && queue[0] != null)// 相当于唤醒下一个等待的任务available.signal();// 解锁lock.unlock();}
}

大致的原理是，利用堆的特性获取最快到时间的任务，即堆顶的任务：

（1）如果堆顶的任务到时间了，就让它从队列中了队；

（2）如果堆顶的任务还没到时间，就看它还有多久到时间，利用条件锁等待这段时间，待时间到了后重新走（1）的判断；

这样就解决了可以在指定时间后执行任务。

其它

其实，ScheduledThreadPoolExecutor也是可以使用execute()或者submit()提交任务的，只不过它们会被当成0延时的任务来执行一次。

public void execute(Runnable command) {schedule(command, 0, NANOSECONDS);
}
public <T> Future<T> submit(Callable<T> task) {return schedule(task, 0, NANOSECONDS);
}