源码剖析之@Scheduled与ThreadPoolTaskScheduler

本文主要是介绍源码剖析之@Scheduled与ThreadPoolTaskScheduler，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！

引言

在Java并发编程领域，@Scheduled注解和ScheduledThreadPoolExecutor是两个关键组件，前者在Spring框架中被用来简化定时任务的配置与执行，后者则是JDK内置的用于处理周期性和延时任务的线程池。本文将透过源码视角，详尽解析二者的工作机制及其内在联系。

一、@Scheduled

使用方式

在Spring中，我们可以使用@Schedule注解来定义一个定时任务方法。例如：

import org.springframework.scheduling.annotation.Scheduled;
import org.springframework.stereotype.Component;@Component
public class MyTask {@Scheduled(fixedRate = 5000)public void doSomething() {System.out.println("执行任务");}
}

源码分析

虽然@Scheduled注解并不直接涉及ScheduledThreadPoolExecutor的源码，但它是与Spring框架中定时任务调度密切相关的。@Scheduled注解允许我们在方法级别定义定时任务：

@Target({ElementType.METHOD, ElementType.ANNOTATION_TYPE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
public @interface Scheduled {// ...String cron() default "";long fixedRate() default -1L;long fixedDelay() default -1L;
}

ScheduledAnnotationBeanPostProcessor 是 Spring 框架中用于处理带有 @Scheduled 注解的任务类的核心类。它主要用于扫描和管理所有被 @Scheduled 注解标记的方法，使其按照设定的时间计划自动执行。

1. 继承 ScheduledTaskHolder：这个接口主要提供对所有已注册的计划任务的访问能力。通过实现这个接口，ScheduledAnnotationBeanPostProcessor 可以作为持有计划任务的容器，可以查询、管理这些基于注解的任务。

2. 实现 ApplicationListener<E>：Spring 中的事件监听器接口，这意味着 ScheduledAnnotationBeanPostProcessor 可以监听应用上下文中的特定事件（如 ContextRefreshedEvent 等）。当接收到相关事件时，它可以进行相应的响应操作，例如在 Spring 容器初始化完成后开始执行计划任务。

3. 实现 SmartInitializingSingleton：这是 Spring 内部的一个接口，表示一个在 Spring 应用上下文完全初始化后需要执行一次性初始化逻辑的对象。对于 ScheduledAnnotationBeanPostProcessor 来说，就是在 Spring 容器完成初始化之后，开始调度那些带有 @Scheduled 注解的任务。

注解注入源码

public Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) {if (!(bean instanceof AopInfrastructureBean) && !(bean instanceof TaskScheduler) && !(bean instanceof ScheduledExecutorService)) {Class<?> targetClass = AopProxyUtils.ultimateTargetClass(bean);if (!this.nonAnnotatedClasses.contains(targetClass) && AnnotationUtils.isCandidateClass(targetClass, Arrays.asList(Scheduled.class, Schedules.class))) {Map<Method, Set<Scheduled>> annotatedMethods = MethodIntrospector.selectMethods(targetClass, (method) -> {Set<Scheduled> scheduledAnnotations = AnnotatedElementUtils.getMergedRepeatableAnnotations(method, Scheduled.class, Schedules.class);return !scheduledAnnotations.isEmpty() ? scheduledAnnotations : null;});if (annotatedMethods.isEmpty()) {this.nonAnnotatedClasses.add(targetClass);if (this.logger.isTraceEnabled()) {this.logger.trace("No @Scheduled annotations found on bean class: " + targetClass);}} else {annotatedMethods.forEach((method, scheduledAnnotations) -> {scheduledAnnotations.forEach((scheduled) -> {this.processScheduled(scheduled, method, bean);});});if (this.logger.isTraceEnabled()) {this.logger.trace(annotatedMethods.size() + " @Scheduled methods processed on bean '" + beanName + "': " + annotatedMethods);}}}return bean;} else {return bean;}}

这段代码是 Spring 框架中 ScheduledAnnotationBeanPostProcessor 类的 postProcessAfterInitialization 方法实现，它是 Spring 的一个 Bean 后处理器方法。在 Spring 容器初始化 Bean 过程中调用此方法来处理带有 @Scheduled 注解的方法。

方法的主要逻辑如下：

1. 首先检查传入的 bean 是否是 AOP 基础结构相关的 Bean，或者是 TaskScheduler 或 ScheduledExecutorService 的实例。如果是，则直接返回原 bean，不进行后续处理。

2. 如果不是上述类型，则获取 Bean 的最终目标类（即如果 Bean 是代理对象，则获取其代理的真实类），并判断该类是否包含 Scheduled 或 Schedules 注解，且未被先前处理过。

3. 使用 MethodIntrospector 选择出目标类中所有带有 Scheduled 或 Schedules 注解的方法，并将注解信息存入 Map<Method, Set<Scheduled>> 结构中。

4. 如果没有找到任何带有 Scheduled 注解的方法，则将目标类添加到已知不包含注解的类集合中，并记录一条日志信息。

5. 如果找到了带有 Scheduled 注解的方法，则遍历这些方法及其对应的注解集合并调用 processScheduled 方法处理每个注解，从而将该方法配置为一个定时任务。

6. 最后，在日志级别允许的情况下，输出已处理的带有 @Scheduled 注解的方法数量以及详细信息。

二、ScheduledThreadPoolExecutor

使用方式

以下是一个简单的使用ScheduledThreadPoolExecutor执行定时任务的示例：

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;public class MyTask {public static void main(String[] args) {ScheduledExecutorService executor = Executors.newScheduledThreadPool(1);Runnable task = () -> System.out.println("执行任务");executor.scheduleAtFixedRate(task, 0, 5, TimeUnit.SECONDS);}
}

上述代码中，我们创建了一个包含1个线程的ScheduledThreadPoolExecutor，并使用scheduleAtFixedRate方法创建一个定时任务，每隔5秒执行一次。

源码分析

ScheduledThreadPoolExecutor是Java并发库的核心类之一，它扩展了ThreadPoolExecutor，并实现了ScheduledExecutorService接口，专门用于处理定时任务。

public class ScheduledThreadPoolExecutor extends ThreadPoolExecutorimplements ScheduledExecutorService {// ...public ScheduledFuture<?> schedule(Runnable command, long delay, TimeUnit unit) {// ...}public <V> ScheduledFuture<V> schedule(Callable<V> callable, long delay, TimeUnit unit) {// ...}public ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command,long initialDelay,long period,TimeUnit unit) {// ...}public ScheduledFuture<?> scheduleWithFixedDelay(Runnable command,long initialDelay,long delay,TimeUnit unit) {// ...}// ...
}

ScheduledThreadPoolExecutor主要提供了四种方法用于创建不同类型的定时任务，包括一次性延时执行、一次性定时执行以及按固定速率或固定延迟周期执行。内部实现通过维护一个优先级队列（通常是DelayedWorkQueue）来排序待执行的任务，并利用一个后台线程不断地从队列中取出到期的任务执行。

ScheduledThreadPoolExecutor继承自ThreadPoolExecutor，它的主要特点是支持定时任务。在内部，ScheduledThreadPoolExecutor维护了一个优先队列，用于存储待执行的任务。当任务到达指定的执行时间时，它会从优先队列中取出任务并执行。

ScheduledThreadPoolExecutor提供了两种定时任务的执行策略：scheduleAtFixedRate和scheduleWithFixedDelay。前者表示任务按照固定的速率执行，后者表示任务在上一次任务完成后等待固定的延迟后执行。

三、@Scheduled与ScheduledThreadPoolExecutor的协同工作

在Spring框架中，@Scheduled注解定义的定时任务会被转换为ScheduledThreadPoolExecutor所能识别的形式，然后提交给ScheduledThreadPoolExecutor执行。例如，对于@Scheduled(cron = "0 0/5 * * * ?")这样的cron表达式定时任务，Spring会将其解析并映射到ScheduledThreadPoolExecutor的周期性执行方法上。

总的来说，@Scheduled注解和ScheduledThreadPoolExecutor在Java并发编程中相辅相成，前者极大简化了定时任务的配置，后者则作为强大的底层引擎，确保了定时任务的高效稳定执行。通过深入理解它们的源码实现，开发者可以更好地掌握定时任务调度技术，优化程序性能，提升系统稳定性。

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