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并发编程(九)-ScheduledExecutorService源码分析

作者：很楠不爱3 | 2024-02-15 10:40:17

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scheduledexecutorservice

一、ScheduledExceutorService简介

        ScheduledExecutorService 是 Java 并发包中提供的一个接口，继承ExecutorService接口，是Executor框架的一个扩展。它可以用于调度任务在指定的时间或周期性地执行。相比于 Timer 和 TimerTask，ScheduledExecutorService 提供了更加灵活的任务调度机制，可以控制任务的取消、延迟、周期等，同时也支持并发执行多个任务。

        ScheduledExecutorService 的实现原理主要是通过它的实现类ScheduledThreadPoolExecutor来完成的，具体流程如下：

  • 当调用 ScheduledExecutorService 的 schedule() 方法时，会创建一个 ScheduledFutureTask 对象，该对象封装了需要执行的任务和其执行时间。

  • ScheduledThreadPoolExecutor 使用了一个 DelayedWorkQueue 来存储待执行的任务。

  • ScheduledThreadPoolExecutor 是一个基于优先级队列的延迟队列，其中每个任务都有一个延迟时间，当任务的延迟时间到达时，它会被添加到队列中。

  • ScheduledThreadPoolExecutor 使用一个线程池来执行任务。线程池中的每个线程都会从 DelayedWorkQueue 中获取下一个延迟时间最短的任务并执行。

  • 当任务执行完成后，线程会将任务从 DelayedWorkQueue 中移除，并根据需要重新添加到队列中。

  • 如果任务是周期行执行的，ScheduledThreadPoolExecutor会创建一个新的ScheduledFutureTask对象，并将其放入 DelayQueue 中，以便下一次执行。

  • ScheduledThreadPoolExecutor 提供了一些方法来控制任务的执行时间和重复执行次数，例如 schedule、scheduleAtFixedRate 和 scheduleWithFixedDelay 等。

        总的来说，ScheduledExecutorService 使用了延迟队列和线程池来实现任务的定时执行，它是一种高效、可靠的定时任务执行方式。

二、scheduledExecutorService 如何使用

     使用 ScheduledExecutorService 执行定时任务需要经过以下步骤：

  • 创建ScheduledExecutorService对象

  1. // 核心线程数 1
  2. ScheduledExecutorService executorService = Executors.newScheduledThreadPool(1);

  • 创建要执行的任务

  1. Callable task = () -> {
  2.     // 执行任务的代码
  3.     return null;
  4. };

  • 调用 ScheduledExecutorService 提供的定时任务方法

        ScheduledExecutorService 提供了多个方法来执行定时任务，例如：

  1. schedule(Runnable command, long delay, TimeUnit unit)：在指定的延迟时间后执行一次任务。

  2. scheduleAtFixedRate(Runnable command, long initialDelay, long period, TimeUnit unit)：在指定的延迟时间后开始执行任务，并按照指定的时间间隔重复执行任务。

  3. scheduleWithFixedDelay(Runnable command, long initialDelay, long delay, TimeUnit unit)：在指定的延迟时间后开始执行任务，执行完成后延迟指定的时间再次执行任务。

例如，使用 scheduleAtFixedRate 方法来执行重复任务：

  1. // 任务的初始延迟时间为 0，时间间隔为 1 秒。
  2. executorService.scheduleAtFixedRate(task, 0, 1, TimeUnit.SECONDS);

  • 关闭 ScheduledExecutorService

executorService.shutdown();

        需要注意的是，任务的执行时间不能超过指定的时间间隔，否则会影响下一次任务的启动时间。此外，在任务的实现中，也需要注意线程安全问题，避免对共享资源的竞争和冲突。

三、如何自定义一个scheduledExecutorService

        创建 CustomScheduledExecutorService 的类，实现了 ScheduledExecutorService 接口，并将实际的任务执行委托给了一个内部的 ScheduledExecutorService 对象。

将 ScheduledExecutorService 接口中的所有方法都实现一遍，这些方法包括：

  • schedule(Runnable command, long delay, TimeUnit unit)：在指定的延迟时间后执行一次任务。

  • schedule(Callable<V> callable, long delay, TimeUnit unit)：在指定的延迟时间后执行一次 Callable 对象的任务，并返回一个 ScheduledFuture 对象。

  • scheduleAtFixedRate(Runnable command, long initialDelay, long period, TimeUnit unit)：在指定的延迟时间后开始执行任务，并按照指定的时间间隔重复执行任务。

  • scheduleWithFixedDelay(Runnable command, long initialDelay, long delay, TimeUnit unit)：在指定的延迟时间后开始执行任务，执行完成后延迟指定的时间再次执行任务。

  • awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit)：阻塞等待任务执行完成，并指定最长的等待时间。

  • execute(Runnable command)：在未来的某个时间执行一个任务。

  • submit(Callable<T> task)：提交一个 Callable 对象，并返回一个 Future 对象。

        通过自定义 ScheduledExecutorService，我们可以灵活地定制化任务调度的行为，例如可以指定线程池大小、任务队列长度、任务拒绝策略等。

  1. public class CustomScheduledExecutorService implements ScheduledExecutorService {
  2.  
  3.     private ScheduledExecutorService executorService;
  4.  
  5.     public CustomScheduledExecutorService(int corePoolSize) {
  6.         DelayedWorkQueue queue = new DelayedWorkQueue();
  7.       	AbortPolicy handler = new AbortPolicy();
  8.         executorService = new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize, queue, handler);
  9.     }
  10.   
  11.   	@Override
  12.     public ScheduledFuture<?> schedule(Runnable command, long delay, TimeUnit unit) {
  13.         ScheduledFutureTask<?> task = new ScheduledFutureTask<>(command, null,
  14.                 System.nanoTime() + unit.toNanos(delay));
  15.         executorService.getQueue().add(task);
  16.         return task;
  17.     }
  18.   
  19.     @Override
  20.     public  ScheduledFuture schedule(Callable callable, long delay, TimeUnit unit) {
  21.         return executorService.schedule(callable, delay, unit);
  22.     }
  23.   
  24.     @Override
  25.     public ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command, long initialDelay, long period, TimeUnit unit) {
  26.         if (command == null || unit == null) {
  27.             throw new NullPointerException();
  28.         }
  29.         if (period <= 0) {
  30.             throw new IllegalArgumentException();
  31.         }
  32.         ScheduledFutureTask<?> task = new ScheduledFutureTask<>(command, null,
  33.                 System.nanoTime() + unit.toNanos(initialDelay));
  34.         executorService.getQueue().add(task);
  35.         return task;
  36.     }
  37.  
  38.     @Override
  39.     public ScheduledFuture scheduleWithFixedDelay(Runnable command, long initialDelay, long delay, TimeUnit unit) {
  40.         return executorService.scheduleWithFixedDelay(command, initialDelay, delay, unit);
  41.     }
  42.  
  43.     @Override
  44.     public boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
  45.         return executorService.awaitTermination(timeout, unit);
  46.     }
  47.  
  48.     @Override
  49.     public void execute(Runnable command) {
  50.         executorService.execute(command);
  51.     }
  52.  
  53.     @Override
  54.     public  Future submit(Callable task) {
  55.         return executorService.submit(task);
  56.     }
  57. }

四、源码分析

4.1 ScheduledExecutorService Diagrams

4.2 方法

 

4.2.1 schedule(Runnable command,long delay, TimeUnit unit) 方法

        ScheduledExecutorService 接口中的 schedule() 方法表示在指定的延迟时间后执行一次给定的任务。

        方法的参数如下：

  • command：要执行的任务，为一个 Runnable`对象。

  • delay：延迟执行的时间，为一个 long 值。

  • unit：delay 参数的时间单位，为一个 TimeUnit 枚举值。

        返回值类型为 ScheduledFuture<?>，表示一个可调度的异步任务，可以用来查询任务是否执行完成，或者取消任务的执行。在该方法中，返回值类型是 ScheduledFuture<?>，表示异步任务没有返回值。

        当使用该方法时，指定的任务会在延迟时间之后执行一次，如果任务执行过程中出现了异常，则会抛出异常。如果需要在指定的时间间隔内重复执行任务，可以使用 scheduleAtFixedRate()或 scheduleWithFixedDelay()方法。

  1. // 在指定的延迟时间之后，执行给定的任务。
  2. public ScheduledFuture<?> schedule(Runnable command,long delay, TimeUnit unit);

4.2.2 scheduleAtFixedRate方法

        ScheduledExecutorService 接口中的scheduleAtFixedRate方法，表示在预定的时间执行任务，例如延迟执行或者定期执行。其中的 scheduleAtFixedRate方法可以在固定的时间间隔内重复执行指定的任务，具体参数的含义如下：

  • command：要执行的任务，是一个实现了 Runnable 接口的对象。

  • initialDelay：首次执行任务的延迟时间。

  • period：连续执行任务之间的时间间隔。

  • unit：时间单位，例如毫秒、秒、分钟等等。

        返回值类型为ScheduledFuture对象，表示任务的计划执行。可以使用 cancel方法取消计划执行。

  1. // 在预定的时间执行任务
  2. public ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command,
  3.                                                   long initialDelay,
  4.                                                   long period,
  5.                                                   TimeUnit unit);

4.2.3 scheduleWithFixedDelay方法

        ScheduledExecutorService接口中的scheduleWithFixedDelay方法，表示在指定的时间间隔内反复执行任务。具体参数的含义如下：

  • command：要执行的任务，是一个实现了 Runnable 接口的对象。

  • initialDelay：首次执行任务的延迟时间。

  • delay：上一次执行任务结束到下一次执行任务开始之间的时间间隔。

  • unit：时间单位，例如毫秒、秒、分钟等等。

        返回值类型为ScheduledFuture 对象，表示任务的计划执行。可以使用 cancel 方法取消计划执行。

  1. // 在指定的时间间隔内反复执行任务
  2. public ScheduledFuture<?> scheduleWithFixedDelay(Runnable command,
  3.                                                      long initialDelay,
  4.                                                      long delay,
  5.                                                      TimeUnit unit);

五、扩展知识

5.1 scheduleWithFixedDelay与 scheduleAtFixedRate 区别

        scheduleAtFixedRate 方法是以任务开始时间为基准来计算下一次执行时间的，也就是说，如果任务的执行时间超过了指定的时间间隔，下一次任务的执行时间会被推迟。如果任务的执行时间比时间间隔还短，下一次任务的执行时间会提前。

        scheduleWithFixedDelay 方法是以任务结束时间为基准来计算下一次执行时间的，也就是说，下一次任务的执行时间是从任务结束时间开始计算的。

5.2 ScheduledExecutorService 接口在多线程环境下如何使用？

        ScheduledExecutorService接口是线程安全的，可以在多线程环境下使用。通常情况下，创建一个固定大小的线程池，用于执行任务。在执行任务时，需要注意任务的线程安全性，避免多个线程同时修改同一个资源导致的并发问题。

5.3 ScheduledExecutorService 接口和 Timer类的区别是什么？

        ScheduledExecutorService 接口相比于 Timer 类更加灵活、可控。它可以通过线程池来控制任务的并发度，避免因为任务执行时间过长而影响后续任务的执行。而 Timer 类则只能创建一个线程来执行所有任务，无法进行灵活的线程控制。另外，ScheduledExecutorService接口提供的方法更加丰富，可以满足不同场景下的需求。

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