《Java并发编程的艺术》读后笔记-ScheduledThreadPoolExecutor详解（第十章）

《Java并发编程的艺术》读后笔记-ScheduledThreadPoolExecutor详解（第十章）

1.ScheduledThreadPoolExecutor简介

ScheduledThreadPoolExecutor继承自ThreadPoolExecutor。它主要用来在给定的延迟之后运行任务，或者定期执行任务。

ScheduledThreadPoolExecutor的功能与Timer类似，但ScheduledThreadPoolExecutor功能更强大、更灵活。Timer对应的是单个后台线程，而ScheduledThreadPoolExecutor可以在构造函数中指定多个对应的后台线程数

2.ScheduledThreadPoolExecutor的运行机制

ScheduledThreadPoolExecutor的执行示意图：

DelayQueue是一个无界队列，所以ThreadPoolExecutor的maximumPoolSize在ScheduledThreadPoolExecutor中没有什么意义（设置maximumPoolSize的大小没有什么效果）

ScheduledThreadPoolExecutor的执行主要分为两大部分：

1. 当调用ScheduledThreadPoolExecutor的scheduleAtFixedRate()方法或者scheduleWithFixedDelay()方法时，会向ScheduledThreadPoolExecutor的DelayQueue添加一个实现了RunnableScheduledFutur接口的ScheduledFutureTask。
2. 线程池中的线程从DelayQueue中获取ScheduledFutureTask，然后执行任务。

ScheduledThreadPoolExecutor为了实现周期性的执行任务，对ThreadPoolExecutor做了如下的修改：

1. 使用DelayQueue作为任务队列。
2. 获取任务的方式不同
3. 执行周期任务后，增加了额外的处理

3.ScheduledThreadPoolExecutor的实现

前面我们提到过，ScheduledThreadPoolExecutor会把待调度的任务ScheduledFutureTask放到一个DelayQueue中。

ScheduledFutureTask主要包含3个成员变量：

1. long型成员变量time，表示这个任务将要被执行的具体时间。
2. long型成员变量sequenceNumber，表示这个任务被添加到ScheduledThreadPoolExecutor中的序号。
3. long型成员变量period，表示任务执行的间隔周期。

DelayQueue封装了一个PriorityQueue，这个PriorityQueue会对队列中的ScheduledFutureTask进行排序：

• 排序时，time小的排在前面（时间早的任务将被先执行）。
• 如果两个ScheduledFutureTask的time相同，就比较sequenceNumber，sequenceNumber小的排在前面（也就是说，如果两个任务的执行时间相同，那么先提交的任务将被先执行）。

ScheduledThreadPoolExecutor中的线程执行周期任务的过程：

这四个步骤具体说明：

1. 线程1从DelayQueue中获取已到期的ScheduledFutureTask（DelayQueue.take()）。到期任务是指ScheduledFutureTask的time大于等于当前时间。
2. 线程1执行这个ScheduledFutureTask。
3. 线程1修改ScheduledFutureTask的time变量为下次将要被执行的时间。
4. 线程1把这个修改time之后的ScheduledFutureTask放回DelayQueue中（DelayQueue.add()）。

DelayQueue.take()方法的源代码实现：

public E take() throws InterruptedException {
    
    
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lockInterruptibly();
    try {
    
    
        for (;;) {
    
    
            E first = q.peek();
            if (first == null)
                available.await();
            else {
    
    
                long delay = first.getDelay(NANOSECONDS);
                if (delay <= 0)
                    return q.poll();
                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 && q.peek() != null)
            available.signal();
        lock.unlock();
    }
}

DelayQueue.take()的执行示意图：

如图所示，获取任务分为3大步骤：

1. 获取Lock
2. 获取周期任务
   • 如果PriorityQueue为空，当前线程到Condition中等待
   • 如果PriorityQueue的头元素的time时间比当前时间大，到Condition中等待到time时间
   • 获取PriorityQueue的头元素；如果PriorityQueue不为空，则唤醒在Condition中等待的所有线程
3. 释放Lock

ScheduledThreadPoolExecutor在一个循环中执行步骤2，直到线程从PriorityQueue获取到一个元素之后（执行2.3.1之后），才会退出无限循环（结束步骤2）。

DelayQueue.add()的源代码实现：

public boolean offer(E e) {
    
    
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();
    try {
    
    
        q.offer(e);
        if (q.peek() == e) {
    
    
            leader = null;
            available.signal();
        }
        return true;
    } finally {
    
    
        lock.unlock();
    }
}

DelayQueue.add()的执行示意图：

如图所示，添加任务分为3大步骤

1. 获取Lock
2. 添加任务：
   • 向PriorityQueue添加任务。
   • 如果在上面2.1中添加的任务是PriorityQueue的头元素，唤醒在Condition中等待的所有线程。
3. 释放Lock