java高并發(fā)ScheduledThreadPoolExecutor類深度解析

更新時(shí)間：2022年11月25日 16:01:05 作者：冰_河

這篇文章主要為大家介紹了java高并發(fā)ScheduledThreadPoolExecutor類源碼深度解析，有需要的朋友可以借鑒參考下，希望能夠有所幫助，祝大家多多進(jìn)步，早日升職加薪

正文

在【高并發(fā)專題】的專欄中，我們深度分析了ThreadPoolExecutor類的源代碼，而ScheduledThreadPoolExecutor類是ThreadPoolExecutor類的子類。今天我們就來一起手撕ScheduledThreadPoolExecutor類的源代碼。

構(gòu)造方法

我們先來看下ScheduledThreadPoolExecutor的構(gòu)造方法，源代碼如下所示。

public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
    super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS, new DelayedWorkQueue());
}
?
public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize, ThreadFactory threadFactory) {
    super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
          new DelayedWorkQueue(), threadFactory);
}
?
public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize, RejectedExecutionHandler handler) {
    super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
          new DelayedWorkQueue(), handler);
}
?
public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize, ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler) {
    super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
          new DelayedWorkQueue(), threadFactory, handler);
}

從代碼結(jié)構(gòu)上來看，ScheduledThreadPoolExecutor類是ThreadPoolExecutor類的子類，ScheduledThreadPoolExecutor類的構(gòu)造方法實(shí)際上調(diào)用的是ThreadPoolExecutor類的構(gòu)造方法。

schedule方法

接下來，我們看一下ScheduledThreadPoolExecutor類的schedule方法，源代碼如下所示。

public ScheduledFuture<?> schedule(Runnable command, long delay, TimeUnit unit) {
    //如果傳遞的Runnable對象和TimeUnit時(shí)間單位為空
    //拋出空指針異常
    if (command == null || unit == null)
        throw new NullPointerException();
    //封裝任務(wù)對象，在decorateTask方法中直接返回ScheduledFutureTask對象
    RunnableScheduledFuture<?> t = decorateTask(command, new ScheduledFutureTask<Void>(command, null, triggerTime(delay, unit)));
    //執(zhí)行延時(shí)任務(wù)
    delayedExecute(t);
    //返回任務(wù)
    return t;
}
?
public <V> ScheduledFuture<V> schedule(Callable<V> callable, long delay, TimeUnit unit) 
    //如果傳遞的Callable對象和TimeUnit時(shí)間單位為空
    //拋出空指針異常
    if (callable == null || unit == null)
        throw new NullPointerException();
    //封裝任務(wù)對象，在decorateTask方法中直接返回ScheduledFutureTask對象
    RunnableScheduledFuture<V> t = decorateTask(callable,
        new ScheduledFutureTask<V>(callable, triggerTime(delay, unit)));
    //執(zhí)行延時(shí)任務(wù)
    delayedExecute(t);
    //返回任務(wù)
    return t;
}

從源代碼可以看出，ScheduledThreadPoolExecutor類提供了兩個重載的schedule方法，兩個schedule方法的第一個參數(shù)不同。可以傳遞Runnable接口對象，也可以傳遞Callable接口對象。在方法內(nèi)部，會將Runnable接口對象和Callable接口對象封裝成RunnableScheduledFuture對象，本質(zhì)上就是封裝成ScheduledFutureTask對象。并通過delayedExecute方法來執(zhí)行延時(shí)任務(wù)。

在源代碼中，我們看到兩個schedule都調(diào)用了decorateTask方法，接下來，我們就看看decorateTask方法。

decorateTask方法

decorateTask方法源代碼如下所示。

protected <V> RunnableScheduledFuture<V> decorateTask(Runnable runnable, RunnableScheduledFuture<V> task) {
    return task;
}
protected <V> RunnableScheduledFuture<V> decorateTask(Callable<V> callable, RunnableScheduledFuture<V> task) {
    return task;
}

通過源碼可以看出decorateTask方法的實(shí)現(xiàn)比較簡單，接收一個Runnable接口對象或者Callable接口對象和封裝的RunnableScheduledFuture任務(wù)，兩個方法都是將RunnableScheduledFuture任務(wù)直接返回。在ScheduledThreadPoolExecutor類的子類中可以重寫這兩個方法。

接下來，我們繼續(xù)看下scheduleAtFixedRate方法。

scheduleAtFixedRate方法

scheduleAtFixedRate方法源代碼如下所示。

public ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command, long initialDelay, long period, TimeUnit unit) {
    //傳入的Runnable對象和TimeUnit為空，則拋出空指針異常
    if (command == null || unit == null)
        throw new NullPointerException();
    //如果執(zhí)行周期period傳入的數(shù)值小于或者等于0
    //拋出非法參數(shù)異常
    if (period <= 0)
        throw new IllegalArgumentException();
    //將Runnable對象封裝成ScheduledFutureTask任務(wù)，
    //并設(shè)置執(zhí)行周期
    ScheduledFutureTask<Void> sft =
        new ScheduledFutureTask<Void>(command, null, triggerTime(initialDelay, unit), unit.toNanos(period));
    //調(diào)用decorateTask方法，本質(zhì)上還是直接返回ScheduledFutureTask對象
    RunnableScheduledFuture<Void> t = decorateTask(command, sft);
    //設(shè)置執(zhí)行的任務(wù)
    sft.outerTask = t;
    //執(zhí)行延時(shí)任務(wù)
    delayedExecute(t);
    //返回執(zhí)行的任務(wù)
    return t;
}

通過源碼可以看出，scheduleAtFixedRate方法將傳遞的Runnable對象封裝成ScheduledFutureTask任務(wù)對象，并設(shè)置了執(zhí)行周期，下一次的執(zhí)行時(shí)間相對于上一次的執(zhí)行時(shí)間來說，加上了period時(shí)長，時(shí)長的具體單位由TimeUnit決定。采用固定的頻率來執(zhí)行定時(shí)任務(wù)。

ScheduledThreadPoolExecutor類中另一個定時(shí)調(diào)度任務(wù)的方法是scheduleWithFixedDelay方法，接下來，我們就一起看看scheduleWithFixedDelay方法。

scheduleWithFixedDelay方法

scheduleWithFixedDelay方法的源代碼如下所示。

public ScheduledFuture<?> scheduleWithFixedDelay(Runnable command, long initialDelay, long delay, TimeUnit unit) {
    //傳入的Runnable對象和TimeUnit為空，則拋出空指針異常
    if (command == null || unit == null)
        throw new NullPointerException();
    //任務(wù)延時(shí)時(shí)長小于或者等于0，則拋出非法參數(shù)異常
    if (delay <= 0)
        throw new IllegalArgumentException();
    //將Runnable對象封裝成ScheduledFutureTask任務(wù)
    //并設(shè)置固定的執(zhí)行周期來執(zhí)行任務(wù)
    ScheduledFutureTask<Void> sft =
        new ScheduledFutureTask<Void>(command, null,triggerTime(initialDelay, unit), unit.toNanos(-delay));
    //調(diào)用decorateTask方法，本質(zhì)上直接返回ScheduledFutureTask任務(wù)
    RunnableScheduledFuture<Void> t = decorateTask(command, sft);
    //設(shè)置執(zhí)行的任務(wù)
    sft.outerTask = t;
    //執(zhí)行延時(shí)任務(wù)
    delayedExecute(t);
    //返回任務(wù)
    return t;
}

從scheduleWithFixedDelay方法的源代碼，我們可以看出在將Runnable對象封裝成ScheduledFutureTask時(shí)，設(shè)置了執(zhí)行周期，但是此時(shí)設(shè)置的執(zhí)行周期與scheduleAtFixedRate方法設(shè)置的執(zhí)行周期不同。此時(shí)設(shè)置的執(zhí)行周期規(guī)則為：下一次任務(wù)執(zhí)行的時(shí)間是上一次任務(wù)完成的時(shí)間加上delay時(shí)長，時(shí)長單位由TimeUnit決定。也就是說，具體的執(zhí)行時(shí)間不是固定的，但是執(zhí)行的周期是固定的，整體采用的是相對固定的延遲來執(zhí)行定時(shí)任務(wù)。

如果大家細(xì)心的話，會發(fā)現(xiàn)在scheduleWithFixedDelay方法中設(shè)置執(zhí)行周期時(shí)，傳遞的delay值為負(fù)數(shù)，如下所示。

ScheduledFutureTask<Void> sft =
        new ScheduledFutureTask<Void>(command, null, triggerTime(initialDelay, unit), unit.toNanos(-delay));

這里的負(fù)數(shù)表示的是相對固定的延遲。

在ScheduledFutureTask類中，存在一個setNextRunTime方法，這個方法會在run方法執(zhí)行完任務(wù)后調(diào)用，這個方法更能體現(xiàn)scheduleAtFixedRate方法和scheduleWithFixedDelay方法的不同，setNextRunTime方法的源碼如下所示。

private void setNextRunTime() {
    //距離下次執(zhí)行任務(wù)的時(shí)長
    long p = period;
    //固定頻率執(zhí)行，
    //上次執(zhí)行任務(wù)的時(shí)間
    //加上任務(wù)的執(zhí)行周期
    if (p > 0)
        time += p;
    //相對固定的延遲
    //使用的是系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間
    //加上任務(wù)的執(zhí)行周期
    else
        time = triggerTime(-p);
}

在setNextRunTime方法中通過對下次執(zhí)行任務(wù)的時(shí)長進(jìn)行判斷來確定是固定頻率執(zhí)行還是相對固定的延遲。

triggerTime方法

在ScheduledThreadPoolExecutor類中提供了兩個triggerTime方法，用于獲取下一次執(zhí)行任務(wù)的具體時(shí)間。triggerTime方法的源碼如下所示。

private long triggerTime(long delay, TimeUnit unit) {
    return triggerTime(unit.toNanos((delay < 0) ? 0 : delay));
}
?
long triggerTime(long delay) {
    return now() +
        ((delay < (Long.MAX_VALUE >> 1)) ? delay : overflowFree(delay));
}

這兩個triggerTime方法的代碼比較簡單，就是獲取下一次執(zhí)行任務(wù)的具體時(shí)間。有一點(diǎn)需要注意的是：delay < (Long.MAX_VALUE >> 1判斷delay的值是否小于Long.MAX_VALUE的一半，如果小于Long.MAX_VALUE值的一半，則直接返回delay，否則需要處理溢出的情況。

我們看到在triggerTime方法中處理防止溢出的邏輯使用了overflowFree方法，接下來，我們就看看overflowFree方法的實(shí)現(xiàn)。

overflowFree方法

overflowFree方法的源代碼如下所示。

private long overflowFree(long delay) {
    //獲取隊(duì)列中的節(jié)點(diǎn)
    Delayed head = (Delayed) super.getQueue().peek();
    //獲取的節(jié)點(diǎn)不為空，則進(jìn)行后續(xù)處理
    if (head != null) {
        //從隊(duì)列節(jié)點(diǎn)中獲取延遲時(shí)間
        long headDelay = head.getDelay(NANOSECONDS);
        //如果從隊(duì)列中獲取的延遲時(shí)間小于0，并且傳遞的delay
        //值減去從隊(duì)列節(jié)點(diǎn)中獲取延遲時(shí)間小于0
        if (headDelay < 0 && (delay - headDelay < 0))
            //將delay的值設(shè)置為Long.MAX_VALUE + headDelay
            delay = Long.MAX_VALUE + headDelay;
    }
    //返回延遲時(shí)間
    return delay;
}

通過對overflowFree方法的源碼分析，可以看出overflowFree方法本質(zhì)上就是為了限制隊(duì)列中的所有節(jié)點(diǎn)的延遲時(shí)間在Long.MAX_VALUE值之內(nèi)，防止在ScheduledFutureTask類中的compareTo方法中溢出。

ScheduledFutureTask類中的compareTo方法的源碼如下所示。

public int compareTo(Delayed other) {
    if (other == this) // compare zero 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 diff = getDelay(NANOSECONDS) - other.getDelay(NANOSECONDS);
    return (diff < 0) ? -1 : (diff > 0) ? 1 : 0;
}

compareTo方法的主要作用就是對各延遲任務(wù)進(jìn)行排序，距離下次執(zhí)行時(shí)間靠前的任務(wù)就排在前面。

delayedExecute方法

delayedExecute方法是ScheduledThreadPoolExecutor類中延遲執(zhí)行任務(wù)的方法，源代碼如下所示。

private void delayedExecute(RunnableScheduledFuture<?> task) {
    //如果當(dāng)前線程池已經(jīng)關(guān)閉
    //則執(zhí)行線程池的拒絕策略
    if (isShutdown())
        reject(task);
    //線程池沒有關(guān)閉
    else {
        //將任務(wù)添加到阻塞隊(duì)列中
        super.getQueue().add(task);
        //如果當(dāng)前線程池是SHUTDOWN狀態(tài)
        //并且當(dāng)前線程池狀態(tài)下不能執(zhí)行任務(wù)
        //并且成功從阻塞隊(duì)列中移除任務(wù)
        if (isShutdown() &&
            !canRunInCurrentRunState(task.isPeriodic()) &&
            remove(task))
            //取消任務(wù)的執(zhí)行，但不會中斷執(zhí)行中的任務(wù)
            task.cancel(false);
        else
            //調(diào)用ThreadPoolExecutor類中的ensurePrestart()方法
            ensurePrestart();
    }
}

可以看到在delayedExecute方法內(nèi)部調(diào)用了canRunInCurrentRunState方法，canRunInCurrentRunState方法的源碼實(shí)現(xiàn)如下所示。

boolean canRunInCurrentRunState(boolean periodic) {
    return isRunningOrShutdown(periodic ? continueExistingPeriodicTasksAfterShutdown : executeExistingDelayedTasksAfterShutdown);
}

可以看到canRunInCurrentRunState方法的邏輯比較簡單，就是判斷線程池當(dāng)前狀態(tài)下能夠執(zhí)行任務(wù)。

另外，在delayedExecute方法內(nèi)部還調(diào)用了ThreadPoolExecutor類中的ensurePrestart()方法，接下來，我們看下ThreadPoolExecutor類中的ensurePrestart()方法的實(shí)現(xiàn)，如下所示。

void ensurePrestart() {
    int wc = workerCountOf(ctl.get());
    if (wc < corePoolSize)
        addWorker(null, true);
    else if (wc == 0)
        addWorker(null, false);
}

在ThreadPoolExecutor類中的ensurePrestart()方法中，首先獲取當(dāng)前線程池中線程的數(shù)量，如果線程數(shù)量小于corePoolSize則調(diào)用addWorker方法傳遞null和true，如果線程數(shù)量為0，則調(diào)用addWorker方法傳遞null和false。

關(guān)于addWork()方法的源碼解析，大家可以參考【高并發(fā)專題】中的《高并發(fā)之——通過ThreadPoolExecutor類的源碼深度解析線程池執(zhí)行任務(wù)的核心流程》一文，這里，不再贅述。

reExecutePeriodic方法

reExecutePeriodic方法的源代碼如下所示。

void reExecutePeriodic(RunnableScheduledFuture<?> task) {
    //線程池當(dāng)前狀態(tài)下能夠執(zhí)行任務(wù)
    if (canRunInCurrentRunState(true)) {
        //將任務(wù)放入隊(duì)列
        super.getQueue().add(task);
        //線程池當(dāng)前狀態(tài)下不能執(zhí)行任務(wù)，并且成功移除任務(wù)
        if (!canRunInCurrentRunState(true) && remove(task))
            //取消任務(wù)
            task.cancel(false);
        else
            //調(diào)用ThreadPoolExecutor類的ensurePrestart()方法
            ensurePrestart();
    }
}

總體來說reExecutePeriodic方法的邏輯比較簡單，但是，這里需要注意和delayedExecute方法的不同點(diǎn)：調(diào)用reExecutePeriodic方法的時(shí)候已經(jīng)執(zhí)行過一次任務(wù)，所以，并不會觸發(fā)線程池的拒絕策略；傳入reExecutePeriodic方法的任務(wù)一定是周期性的任務(wù)。

onShutdown方法

onShutdown方法是ThreadPoolExecutor類中的鉤子函數(shù)，它是在ThreadPoolExecutor類中的shutdown方法中調(diào)用的，而在ThreadPoolExecutor類中的onShutdown方法是一個空方法，如下所示。

void onShutdown() {
}

ThreadPoolExecutor類中的onShutdown方法交由子類實(shí)現(xiàn)，所以ScheduledThreadPoolExecutor類覆寫了onShutdown方法，實(shí)現(xiàn)了具體的邏輯，ScheduledThreadPoolExecutor類中的onShutdown方法的源碼實(shí)現(xiàn)如下所示。

@Override
void onShutdown() {
    //獲取隊(duì)列
    BlockingQueue<Runnable> q = super.getQueue();
    //在線程池已經(jīng)調(diào)用shutdown方法后，是否繼續(xù)執(zhí)行現(xiàn)有延遲任務(wù)
    boolean keepDelayed = getExecuteExistingDelayedTasksAfterShutdownPolicy();
    //在線程池已經(jīng)調(diào)用shutdown方法后，是否繼續(xù)執(zhí)行現(xiàn)有定時(shí)任務(wù)
    boolean keepPeriodic = getContinueExistingPeriodicTasksAfterShutdownPolicy();
    //在線程池已經(jīng)調(diào)用shutdown方法后，不繼續(xù)執(zhí)行現(xiàn)有延遲任務(wù)和定時(shí)任務(wù)
    if (!keepDelayed && !keepPeriodic) {
        //遍歷隊(duì)列中的所有任務(wù)
        for (Object e : q.toArray())
            //取消任務(wù)的執(zhí)行
            if (e instanceof RunnableScheduledFuture<?>)
                ((RunnableScheduledFuture<?>) e).cancel(false);
        //清空隊(duì)列
        q.clear();
    }
    //在線程池已經(jīng)調(diào)用shutdown方法后，繼續(xù)執(zhí)行現(xiàn)有延遲任務(wù)和定時(shí)任務(wù)
    else {
        //遍歷隊(duì)列中的所有任務(wù)
        for (Object e : q.toArray()) {
            //當(dāng)前任務(wù)是RunnableScheduledFuture類型
            if (e instanceof RunnableScheduledFuture) {
                //將任務(wù)強(qiáng)轉(zhuǎn)為RunnableScheduledFuture類型
                RunnableScheduledFuture<?> t = (RunnableScheduledFuture<?>)e;
                //在線程池調(diào)用shutdown方法后不繼續(xù)的延遲任務(wù)或周期任務(wù)
                //則從隊(duì)列中刪除并取消任務(wù)
                if ((t.isPeriodic() ? !keepPeriodic : !keepDelayed) ||
                    t.isCancelled()) {
                    if (q.remove(t))
                        t.cancel(false);
                }
            }
        }
    }
    //最終調(diào)用tryTerminate()方法
    tryTerminate();
}

ScheduledThreadPoolExecutor類中的onShutdown方法的主要邏輯就是先判斷線程池調(diào)用shutdown方法后，是否繼續(xù)執(zhí)行現(xiàn)有的延遲任務(wù)和定時(shí)任務(wù)，如果不再執(zhí)行，則取消任務(wù)并清空隊(duì)列；如果繼續(xù)執(zhí)行，將隊(duì)列中的任務(wù)強(qiáng)轉(zhuǎn)為RunnableScheduledFuture對象之后，從隊(duì)列中刪除并取消任務(wù)。大家需要好好理解這兩種處理方式。

最后調(diào)用ThreadPoolExecutor類的tryTerminate方法。有關(guān)ThreadPoolExecutor類的tryTerminate方法的源碼解析，大家可以參考【高并發(fā)專題】中的《高并發(fā)之——通過源碼深度分析線程池中Worker線程的執(zhí)行流程》一文，這里不再贅述。

至此，ScheduledThreadPoolExecutor類中的核心方法的源代碼，我們就分析完了，更多關(guān)于java高并發(fā)ScheduledThreadPoolExecutor的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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