深入理解Java線程池
線程池初探
所謂線程池，就是將多個線程放在一個池子里面（所謂池化技術(shù)）束析，然后需要線程的時候不是創(chuàng)建一個線程帘皿，而是從線程池里面獲取一個可用的線程，然后執(zhí)行我們的任務(wù)畸陡。線程池的關(guān)鍵在于它為我們管理了多個線程鹰溜，我們不需要關(guān)心如何創(chuàng)建線程，我們只需要關(guān)系我們的核心業(yè)務(wù)丁恭，然后需要線程來執(zhí)行任務(wù)的時候從線程池中獲取線程曹动。任務(wù)執(zhí)行完之后線程不會被銷毀，而是會被重新放到池子里面牲览，等待機會去執(zhí)行任務(wù)墓陈。
我們?yōu)槭裁葱枰€程池呢？首先一點是線程池為我們提高了一種簡易的多線程編程方案，我們不需要投入太多的精力去管理多個線程贡必，線程池會自動幫我們管理好兔港，它知道什么時候該做什么事情，我們只要在需要的時候去獲取就可以了仔拟。其次衫樊，我們使用線程池很大程度上歸咎于創(chuàng)建和銷毀線程的代價是非常昂貴的，甚至我們創(chuàng)建和銷毀線程的資源要比我們實際執(zhí)行的任務(wù)所花費的時間還要長利花，這顯然是不科學也是不合理的科侈，而且如果沒有一個合理的管理者，可能會出現(xiàn)創(chuàng)建了過多的線程的情況炒事，也就是在JVM中存活的線程過多臀栈，而存活著的線程也是需要銷毀資源的，另外一點挠乳，過多的線程可能會造成線程過度切換的尷尬境地权薯。
對線程池有了一個初步的認識之后，我們來看看如何使用線程池睡扬。
// 創(chuàng)建一個線程池
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(1);
// 提交任務(wù)
executorService.submit(() -> System.out.println("run"));
Future<String> stringFuture = executorService.submit(() -> "run");
// 創(chuàng)建一個調(diào)度線程池
ScheduledExecutorService scheduledExecutorService = Executors.newScheduledThreadPool(1);
// 提交一個周期性執(zhí)行的任務(wù)
scheduledExecutorService.scheduleAtFixedRate(() -> System.out.println("schedule"),0,1, TimeUnit.SECONDS);
// shutdown
executorService.shutdown();
scheduledExecutorService.shutdown();
可以發(fā)現(xiàn)使用線程池非常簡單崭闲，只需要極少的代碼就可以創(chuàng)建出我們需要的線程池，然后將我們的任務(wù)提交到線程池中去威蕉。我們只需要在結(jié)束之時記得關(guān)閉線程池就可以了刁俭。本文的重點并非在于如何使用線程池，而是試圖剖析線程池的實現(xiàn)韧涨，比如一個調(diào)度線程池是怎么實現(xiàn)的牍戚？是靠什么實現(xiàn)的？為什么能這樣實現(xiàn)等等問題虑粥。
Java線程池實現(xiàn)架構(gòu)
Java中與線程池相關(guān)的類都在java.util.concurrent包下如孝，如下展示了一些：
- Executor
- ExecutorService
- ScheduledExecutorService
- ThreadPoolExecutor
- ScheduledThreadPoolExecutor
- Executors
通過上面一節(jié)中的使用示例，可以發(fā)現(xiàn)Executors類是一個創(chuàng)建線程池的有用的類娩贷，事實上第晰，Executors類的角色也就是創(chuàng)建線程池，它是一個工廠類彬祖，可以產(chǎn)生不同類型的線程池茁瘦。而Executor是線程池的鼻祖類，它有兩個子類是ExecutorService和ScheduledExecutorService储笑，而ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor則是真正的線程池甜熔，我們的任務(wù)將被這兩個類交由其所管理者的線程池運行，可以發(fā)現(xiàn)突倍，ScheduledThreadPoolExecutor是一個萬千寵愛于一身的類腔稀，下面我們可以看看它的類關(guān)系圖：
ScheduledThreadPoolExecutor繼承了ThreadPoolExecutor盆昙，ThreadPoolExecutor實現(xiàn)了一般的線程池，沒有調(diào)度功能焊虏，而ScheduledThreadPoolExecutor繼承了ThreadPoolExecutor的實現(xiàn)淡喜，然后增加了調(diào)度功能沉颂。
最為原始的Executor只有一個方法execute鸟整，它接受一個Runnable類型的參數(shù)，意思是使用線程池來執(zhí)行這個Runnable宜猜，可以發(fā)現(xiàn)Executor不提供有返回值的任務(wù)涂圆。ExecutorService繼承了Executor们镜，并且極大的增強了Executor的功能币叹，不僅支持有返回值的任務(wù)執(zhí)行润歉，而且還有很多十分有用的方法來為你提供服務(wù)，下面展示了ExecutorService提供的方法：
ScheduledExecutorService繼承了ExecutorService颈抚，并且增加了特有的調(diào)度（schedule）功能踩衩。關(guān)于Executor、ExecutorService和ScheduledExecutorService的關(guān)系贩汉，可以見下圖：
總結(jié)一下，經(jīng)過我們的調(diào)研匹舞，可以發(fā)現(xiàn)其實對于我們編寫多線程代碼來說褐鸥，最為核心的是Executors類，根據(jù)我們是需要ExecutorService類型的線程池還是ScheduledExecutorService類型的線程池調(diào)用相應(yīng)的工廠方法就可以了赐稽，而ExecutorService的實現(xiàn)表現(xiàn)在ThreadPoolExecutor上叫榕，ScheduledExecutorService的實現(xiàn)則表現(xiàn)在ScheduledThreadPoolExecutor上，下文將分別剖析這兩者姊舵，嘗試弄清楚線程池的原理晰绎。
ThreadPoolExecutor解析
上文中描述了Java中線程池相關(guān)的架構(gòu)，了解了這些內(nèi)容其實我們就可以使用java的線程池為我們工作了括丁，使用其提供的線程池我們可以很方便的寫出高質(zhì)量的多線程代碼荞下，本節(jié)將分析ThreadPoolExecutor的實現(xiàn)，來探索線程池的運行原理史飞。下面的圖片展示了ThreadPoolExecutor的類圖：
private final BlockingQueue<Runnable> workQueue; // 任務(wù)隊列尖昏，我們的任務(wù)會添加到該隊列里面，線程將從該隊列獲取任務(wù)來執(zhí)行
private final HashSet<Worker> workers = new HashSet<Worker>();//所有工作線程的集合构资，來消費workQueue里面的任務(wù)
private volatile ThreadFactory threadFactory;//線程工廠
private volatile RejectedExecutionHandler handler;//拒絕策略会宪，默認會拋出異常，還要其他幾種拒絕策略如下：
1蚯窥、CallerRunsPolicy：在調(diào)用者線程里面運行該任務(wù)
2掸鹅、DiscardPolicy：丟棄任務(wù)
3塞帐、DiscardOldestPolicy：丟棄workQueue的頭部任務(wù)
private volatile int corePoolSize;//最下保活work數(shù)量
private volatile int maximumPoolSize;//work上限
我們嘗試執(zhí)行submit方法巍沙，下面是執(zhí)行的關(guān)鍵路徑葵姥，總結(jié)起來就是：如果Worker數(shù)量還沒達到上限則繼續(xù)創(chuàng)建，否則提交任務(wù)到workQueue句携，然后讓worker來調(diào)度運行任務(wù)榔幸。
<a name="anchor"></a>
step 1: <ExecutorService>
Future<?> submit(Runnable task);
step 2:<AbstractExecutorService>
public Future<?> submit(Runnable task) {
if (task == null) throw new NullPointerException();
RunnableFuture<Void> ftask = newTaskFor(task, null);
execute(ftask);
return ftask;
}
step 3:<Executor>
void execute(Runnable command);
step 4:<ThreadPoolExecutor>
public void execute(Runnable command) {
if (command == null)
throw new NullPointerException();
/*
* Proceed in 3 steps:
*
* 1. If fewer than corePoolSize threads are running, try to
* start a new thread with the given command as its first
* task. The call to addWorker atomically checks runState and
* workerCount, and so prevents false alarms that would add
* threads when it shouldn't, by returning false.
*
* 2. If a task can be successfully queued, then we still need
* to double-check whether we should have added a thread
* (because existing ones died since last checking) or that
* the pool shut down since entry into this method. So we
* recheck state and if necessary roll back the enqueuing if
* stopped, or start a new thread if there are none.
*
* 3. If we cannot queue task, then we try to add a new
* thread. If it fails, we know we are shut down or saturated
* and so reject the task.
*/
int c = ctl.get();
if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
if (addWorker(command, true))
return;
c = ctl.get();
}
if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) { //提交我們的任務(wù)到workQueue
int recheck = ctl.get();
if (! isRunning(recheck) && remove(command))
reject(command);
else if (workerCountOf(recheck) == 0)
addWorker(null, false);
}
else if (!addWorker(command, false)) //使用maximumPoolSize作為邊界
reject(command); //還不行？拒絕提交的任務(wù)
}
step 5:<ThreadPoolExecutor>
private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core)
step 6:<ThreadPoolExecutor>
w = new Worker(firstTask); //包裝任務(wù)
final Thread t = w.thread; //獲取線程（包含任務(wù)）
workers.add(w); // 任務(wù)被放到works中
t.start(); //執(zhí)行任務(wù)
上面的流程是高度概括的矮嫉，實際情況遠比這復(fù)雜得多削咆，但是我們關(guān)心的是怎么打通整個流程，所以這樣分析問題是沒有太大的問題的蠢笋。觀察上面的流程拨齐，我們發(fā)現(xiàn)其實關(guān)鍵的地方在于Worker，如果弄明白它是如何工作的昨寞，那么我們也就大概明白了線程池是怎么工作的了瞻惋。下面分析一下Worker類。
上面的圖片展示了Worker的類關(guān)系圖援岩，關(guān)鍵在于他實現(xiàn)了Runnable接口歼狼，所以問題的關(guān)鍵就在于run方法上。在這之前享怀，我們來看一下Worker類里面的關(guān)鍵成員：
/** Thread this worker is running in. Null if factory fails. */
final Thread thread;
/** Initial task to run. Possibly null. */
Runnable firstTask; // 我們提交的任務(wù)羽峰，可能被立刻執(zhí)行，也可能被放到隊列里面
thread是Worker的工作線程添瓷，上面的分析我們也發(fā)現(xiàn)了在addWorker中會獲取worker里面的thread然后start梅屉，也就是這個線程的執(zhí)行，而Worker實現(xiàn)了Runnable接口仰坦，所以在構(gòu)造thread的時候Worker將自己傳遞給了構(gòu)造函數(shù)履植，thread.start執(zhí)行的其實就是Worker的run方法。下面是run方法的內(nèi)容：
/** Delegates main run loop to outer runWorker */
public void run() {
runWorker(this);
}
final void runWorker(Worker w) {
Thread wt = Thread.currentThread();
Runnable task = w.firstTask;
w.firstTask = null;
w.unlock(); // allow interrupts
boolean completedAbruptly = true;
try {
while (task != null || (task = getTask()) != null) {
w.lock();
// If pool is stopping, ensure thread is interrupted;
// if not, ensure thread is not interrupted. This
// requires a recheck in second case to deal with
// shutdownNow race while clearing interrupt
if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
(Thread.interrupted() &&
runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
!wt.isInterrupted())
wt.interrupt();
try {
beforeExecute(wt, task);
Throwable thrown = null;
try {
task.run();
} catch (RuntimeException x) {
thrown = x; throw x;
} catch (Error x) {
thrown = x; throw x;
} catch (Throwable x) {
thrown = x; throw new Error(x);
} finally {
afterExecute(task, thrown);
}
} finally {
task = null;
w.completedTasks++;
w.unlock();
}
}
completedAbruptly = false;
} finally {
processWorkerExit(w, completedAbruptly);
}
}
我們來分析一下runWorker這個方法悄晃，這就是整個線程池的核心玫霎。首先獲取到了我們剛提交的任務(wù)firstTask，然后會循環(huán)從workQueue里面獲取任務(wù)來執(zhí)行妈橄，獲取任務(wù)的方法如下：
private Runnable getTask() {
boolean timedOut = false; // Did the last poll() time out?
for (;;) {
int c = ctl.get();
int rs = runStateOf(c);
// Check if queue empty only if necessary.
if (rs >= SHUTDOWN && (rs >= STOP || workQueue.isEmpty())) {
decrementWorkerCount();
return null;
}
int wc = workerCountOf(c);
// Are workers subject to culling?
boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;
if ((wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut))
&& (wc > 1 || workQueue.isEmpty())) {
if (compareAndDecrementWorkerCount(c))
return null;
continue;
}
try {
Runnable r = timed ?
workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :
workQueue.take();
if (r != null)
return r;
timedOut = true;
} catch (InterruptedException retry) {
timedOut = false;
}
}
}
其實核心也就一句：
Runnable r = timed ? workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) : workQueue.take();
我們再回頭看一下execute庶近，其實我們上面只走了一條邏輯，在execute的時候眷蚓，我們的worker的數(shù)量還沒有到達我們設(shè)定的corePoolSize的時候鼻种，會走上面我們分析的邏輯，而如果達到了我們設(shè)定的閾值之后沙热，execute中會嘗試去提交任務(wù)叉钥，如果提交成功了就結(jié)束罢缸，否則會拒絕任務(wù)的提交。我們上面還提到一個成員：maximumPoolSize投队，其實線程池的最大的Worker數(shù)量應(yīng)該是maximumPoolSize枫疆，但是我們上面的分析是corePoolSize，這是因為我們的private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core)的參數(shù)core的值來控制的敷鸦，core為true則使用corePoolSize來設(shè)定邊界息楔，否則使用maximumPoolSize來設(shè)定邊界。直觀的解釋一下扒披，當線程池里面的Worker數(shù)量還沒有到corePoolSize值依，那么新添加的任務(wù)會伴隨著產(chǎn)生一個新的worker，如果Worker的數(shù)量達到了corePoolSize碟案，那么就將任務(wù)存放在阻塞隊列中等待Worker來獲取執(zhí)行愿险，如果沒有辦法再向阻塞隊列放任務(wù)了，那么這個時候maximumPoolSize就變得有用了蟆淀，新的任務(wù)將會伴隨著產(chǎn)生一個新的Worker拯啦，如果線程池里面的Worker已經(jīng)達到了maximumPoolSize澡匪，那么接下來提交的任務(wù)只能被拒絕策略拒絕了熔任。可以參考下面的描述來理解：
* When a new task is submitted in method {@link #execute(Runnable)},
* and fewer than corePoolSize threads are running, a new thread is
* created to handle the request, even if other worker threads are
* idle. If there are more than corePoolSize but less than
* maximumPoolSize threads running, a new thread will be created only
* if the queue is full. By setting corePoolSize and maximumPoolSize
* the same, you create a fixed-size thread pool. By setting
* maximumPoolSize to an essentially unbounded value such as {@code
* Integer.MAX_VALUE}, you allow the pool to accommodate an arbitrary
* number of concurrent tasks. Most typically, core and maximum pool
* sizes are set only upon construction, but they may also be changed
* dynamically using {@link #setCorePoolSize} and {@link
* #setMaximumPoolSize}.
在此需要說明一點唁情，有一個重要的成員：keepAliveTime疑苔，當線程池里面的線程數(shù)量超過corePoolSize了，那么超出的線程將會在空閑keepAliveTime之后被terminated甸鸟〉敕眩可以參考下面的文檔：
* If the pool currently has more than corePoolSize threads,
* excess threads will be terminated if they have been idle for more
* than the keepAliveTime (see {@link #getKeepAliveTime(TimeUnit)}).
ScheduledThreadPoolExecutor解析
ScheduledThreadPoolExecutor適用于延時執(zhí)行，或者周期性執(zhí)行的任務(wù)調(diào)度抢韭，ScheduledThreadPoolExecutor在實現(xiàn)上繼承了ThreadPoolExecutor薪贫，所以你依然可以將ScheduledThreadPoolExecutor當成ThreadPoolExecutor來使用，但是ScheduledThreadPoolExecutor的功能要強大得多刻恭，因為ScheduledThreadPoolExecutor可以根據(jù)設(shè)定的參數(shù)來周期性調(diào)度運行瞧省，下面的圖片展示了四個和周期性相關(guān)的方法：
- 如果你想延時一段時間然后運行一個Callable，那么使用的第一個方法
- 如果你想延時一段時間之后運行一個Runnable鳍贾，那么使用第二個方法鞍匾；
- 如果你想要延時一段時間，然后根據(jù)設(shè)定的參數(shù)周期執(zhí)行Runnable骑科，那么可以選擇第三個和第四個方法橡淑，第三個方法和第四個方法的區(qū)別在于：第三個方法嚴格按照規(guī)劃的時間路徑來執(zhí)行，比如周期為2咆爽，延時為0梁棠，那么執(zhí)行的序列為0置森，2，4符糊，6暇藏，8....，而第四個方法將基于上次執(zhí)行時間來規(guī)劃下次的執(zhí)行濒蒋，也就是在上次執(zhí)行完成之后再次執(zhí)行盐碱。比如上面的執(zhí)行序列0，2沪伙，4瓮顽，6，8...围橡，如果第2秒沒有被調(diào)度執(zhí)行暖混，而在第三秒的時候才被調(diào)度，那么下次執(zhí)行的時間不是4翁授，而是5拣播，以此類推。
下面來看一下這四個方法的一些細節(jié)：
public ScheduledFuture<?> schedule(Runnable command,
long delay,
TimeUnit unit) {
if (command == null || unit == null)
throw new NullPointerException();
RunnableScheduledFuture<?> t = decorateTask(command,
new ScheduledFutureTask<Void>(command, null,
triggerTime(delay, unit)));
delayedExecute(t);
return t;
}
public <V> ScheduledFuture<V> schedule(Callable<V> callable,
long delay,
TimeUnit unit) {
if (callable == null || unit == null)
throw new NullPointerException();
RunnableScheduledFuture<V> t = decorateTask(callable,
new ScheduledFutureTask<V>(callable,
triggerTime(delay, unit)));
delayedExecute(t);
return t;
}
public ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command,
long initialDelay,
long period,
TimeUnit unit) {
if (command == null || unit == null)
throw new NullPointerException();
if (period <= 0)
throw new IllegalArgumentException();
ScheduledFutureTask<Void> sft =
new ScheduledFutureTask<Void>(command,
null,
triggerTime(initialDelay, unit),
unit.toNanos(period));
RunnableScheduledFuture<Void> t = decorateTask(command, sft);
sft.outerTask = t;
delayedExecute(t);
return t;
}
public ScheduledFuture<?> scheduleWithFixedDelay(Runnable command,
long initialDelay,
long delay,
TimeUnit unit) {
if (command == null || unit == null)
throw new NullPointerException();
if (delay <= 0)
throw new IllegalArgumentException();
ScheduledFutureTask<Void> sft =
new ScheduledFutureTask<Void>(command,
null,
triggerTime(initialDelay, unit),
unit.toNanos(-delay));
RunnableScheduledFuture<Void> t = decorateTask(command, sft);
sft.outerTask = t;
delayedExecute(t);
return t;
}
通過上面的代碼我們可以發(fā)現(xiàn)收擦，前兩個方法是類似的贮配，后兩個方法也是類似的。前兩個方法屬于一次性調(diào)度塞赂，所以period都為0泪勒，區(qū)別在于參數(shù)不同，一個是Runnable宴猾，而一個是Callable圆存，可笑的是，最后都變?yōu)榱薈allable了仇哆，見下面的構(gòu)造函數(shù)：
public FutureTask(Runnable runnable, V result) {
this.callable = Executors.callable(runnable, result);
this.state = NEW; // ensure visibility of callable
}
對于后兩個方法沦辙，區(qū)別僅僅在于period的，scheduleWithFixedDelay對參數(shù)進行了操作讹剔，將原來的時間變?yōu)樨摂?shù)了油讯，而后面在計算下次被調(diào)度的時間的時候會根據(jù)這個參數(shù)的正負值來分別處理，正數(shù)代表scheduleAtFixedRate辟拷，而負數(shù)代表了scheduleWithFixedDelay撞羽。
一個需要被我們注意的細節(jié)是，以上四個方法最后都會調(diào)用一個方法: delayedExecute(t)衫冻，下面看一下這個方法：
private void delayedExecute(RunnableScheduledFuture<?> task) {
if (isShutdown())
reject(task);
else {
super.getQueue().add(task);
if (isShutdown() &&
!canRunInCurrentRunState(task.isPeriodic()) &&
remove(task))
task.cancel(false);
else
ensurePrestart();
}
}
大概的意思就是先判斷線程池是否被關(guān)閉了诀紊，如果被關(guān)閉了，則拒絕任務(wù)的提交隅俘，否則將任務(wù)加入到任務(wù)隊列中去等待被調(diào)度執(zhí)行邻奠。最后的ensurePrestart的意思是需要確保線程池已經(jīng)被啟動起來了笤喳。下面是這個方法：
void ensurePrestart() {
int wc = workerCountOf(ctl.get());
if (wc < corePoolSize)
addWorker(null, true);
else if (wc == 0)
addWorker(null, false);
}
主要是增加了一個沒有任務(wù)的worker，有什么用呢碌宴？我們還記得Worker的邏輯嗎杀狡？addWorker方法的執(zhí)行，會觸發(fā)Worker的run方法的執(zhí)行贰镣，然后runWorker方法就會被執(zhí)行呜象，而runWorker方法是循環(huán)從workQueue中取任務(wù)執(zhí)行的，所以確保線程池被啟動起來是重要的碑隆，而只需要簡單的執(zhí)行addWorker便會觸發(fā)線程池的啟動流程恭陡。對于調(diào)度線程池來說，只要執(zhí)行了addWorker方法上煤，那么線程池就會一直在后臺周期性的調(diào)度執(zhí)行任務(wù)休玩。
到此，似乎我們還是沒有鬧明白ScheduledThreadPoolExecutor是如何實現(xiàn)周期性的劫狠，上面講到四個scheduled方法時拴疤，我們沒有提一個重要的類：ScheduledFutureTask，對独泞，所有神奇的事情將會發(fā)生在這個類中呐矾，下面來分析一下這個類。
看上面的類圖阐肤，貌似這個類非常復(fù)雜凫佛，還好讲坎，我們發(fā)現(xiàn)他實現(xiàn)了Runnable接口孕惜，那么必然會有一個run方法，而這個run方法必然是整個類的核心晨炕，下面來看一下這個run方法的內(nèi)容：
public void run() {
boolean periodic = isPeriodic();
if (!canRunInCurrentRunState(periodic))
cancel(false);
else if (!periodic)
ScheduledFutureTask.super.run();
else if (ScheduledFutureTask.super.runAndReset()) {
setNextRunTime();
reExecutePeriodic(outerTask);
}
}
首先衫画，判斷是否是周期性的任務(wù)，如果不是瓮栗，則直接執(zhí)行（一次性）削罩，否則執(zhí)行后，然后設(shè)置下次執(zhí)行的時間费奸，然后重新調(diào)度弥激，等待下次執(zhí)行。這里有一個方法需要注意愿阐，也就是setNextRunTime微服，上面我們提到scheduleAtFixedRate和scheduleWithFixedDelay在傳遞參數(shù)時不一樣，后者將delay值變?yōu)榱素摂?shù)缨历，所以下面的處理正好印證了前文所述以蕴。
/**
* Sets the next time to run for a periodic task.
*/
private void setNextRunTime() {
long p = period;
if (p > 0)
time += p;
else
time = triggerTime(-p);
}
下面來看一下reExecutePeriodic方法是如何做的糙麦，他的目標是將任務(wù)再次被調(diào)度執(zhí)行，下面的代碼展示了這個功能的實現(xiàn)：
void reExecutePeriodic(RunnableScheduledFuture<?> task) {
if (canRunInCurrentRunState(true)) {
super.getQueue().add(task);
if (!canRunInCurrentRunState(true) && remove(task))
task.cancel(false);
else
ensurePrestart();
}
}
可以看到丛肮，這個方法就是將我們的任務(wù)再次放到了workQueue里面赡磅，那這個參數(shù)是什么？在上面的run方法中我們調(diào)用了reExecutePeriodic方法宝与，參數(shù)為outerTask焚廊，而這個變量是什么？看下面的代碼：
/** The actual task to be re-enqueued by reExecutePeriodic */
RunnableScheduledFuture<V> outerTask = this;
這個變量指向了自己习劫，而this的類型是什么节值？是ScheduledFutureTask，也就是可以被調(diào)度的task榜聂，這樣就實現(xiàn)了循環(huán)執(zhí)行任務(wù)了搞疗。
上面的分析已經(jīng)到了循環(huán)執(zhí)行，但是ScheduledThreadPoolExecutor的功能是周期性執(zhí)行须肆，所以我們接著分析ScheduledThreadPoolExecutor是如何根據(jù)我們的參數(shù)走走停停的匿乃。這個時候，是應(yīng)該看一下ScheduledThreadPoolExecutor的構(gòu)造函數(shù)了豌汇，我們來看一個最簡單的構(gòu)造函數(shù)：
public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
new DelayedWorkQueue());
}
我們知道ScheduledThreadPoolExecutor的父類是ThreadPoolExecutor幢炸，所以這里的super其實是ThreadPoolExecutor的構(gòu)造函數(shù)，我們發(fā)現(xiàn)其中有一個參數(shù)DelayedWorkQueue拒贱，看名字貌似是一個延遲隊列的樣子宛徊，進一步跟蹤代碼，發(fā)現(xiàn)了下面的一行代碼（構(gòu)造函數(shù)中）：
this.workQueue = workQueue;
所以在ScheduledThreadPoolExecutor中逻澳，workQueue是一個DelayedWorkQueue類型的隊列闸天，我們暫且認為DelayedWorkQueue是一種具備延遲功能的隊列吧，那么斜做，到此我們便可以想明白了苞氮，上面的分析我們明白了ScheduledThreadPoolExecutor是如何循環(huán)執(zhí)行任務(wù)的，而這里我們明白了ScheduledThreadPoolExecutor使用DelayedWorkQueue來達到延遲的目標瓤逼，所以組合起來笼吟，就可以實現(xiàn)ScheduledThreadPoolExecutor周期性執(zhí)行的目標。下面我們來看一下DelayedWorkQueue是如何做到延遲的吧霸旗，上文中提到一個方法:getTask贷帮，這個方法的作用是從workQueue中取出任務(wù)來執(zhí)行，而在ScheduledThreadPoolExecutor里面诱告，getTask方法是從DelayedWorkQueue中取任務(wù)的撵枢，而取任務(wù)無非兩個方法:poll或者take，下面我們對DelayedWorkQueue的take方法來分析一下：
public RunnableScheduledFuture<?> take() throws InterruptedException {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lockInterruptibly();
try {
for (;;) {
RunnableScheduledFuture<?> first = queue[0];
if (first == null)
available.await();
else {
long delay = first.getDelay(NANOSECONDS);
if (delay <= 0)
return finishPoll(first);
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 && queue[0] != null)
available.signal();
lock.unlock();
}
}
在for循環(huán)里面，首先從queue中獲取第一個任務(wù)诲侮，然后從任務(wù)中取出延遲時間镀虐，而后使用available變量來實現(xiàn)延遲效果。這里面需要幾個點需要探索一下：
- 這個queue是什么東西沟绪？
- 延遲時間的來龍去脈刮便？
- available變量的來龍去脈？
對于第一個問題绽慈，看下面的代碼：
private RunnableScheduledFuture<?>[] queue = new RunnableScheduledFuture<?>[INITIAL_CAPACITY];
它是一個RunnableScheduledFuture類型的數(shù)組恨旱，下面是RunnableScheduledFuture類的類關(guān)系圖：
數(shù)組里面保存了我們的RunnableScheduledFuture，對queue的操作坝疼，主要來看一下增加元素和消費元素的操作搜贤。首先，假設(shè)使用add方法來增加RunnableScheduledFuture到queue钝凶，調(diào)用的鏈路如下：
public boolean add(Runnable e) {
return offer(e);
}
public boolean offer(Runnable x) {
if (x == null)
throw new NullPointerException();
RunnableScheduledFuture<?> e = (RunnableScheduledFuture<?>)x;
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
int i = size;
if (i >= queue.length)
grow();
size = i + 1;
if (i == 0) {
queue[0] = e;
setIndex(e, 0);
} else {
siftUp(i, e);
}
if (queue[0] == e) {
leader = null;
available.signal();
}
} finally {
lock.unlock();
}
return true;
}
解釋一下仪芒，add方法直接轉(zhuǎn)到了offer方法，該方法中耕陷，首先判斷數(shù)組的容量是否足夠掂名，如果不夠則grow，增長的策略如下：
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // grow 50%
每次增長50%哟沫。增長完成后饺蔑，如果這是第一個元素，則放在坐標為0的位置嗜诀，否則猾警，使用siftUp操作，下面是該方法的內(nèi)容：
private void siftUp(int k, RunnableScheduledFuture<?> key) {
while (k > 0) {
int parent = (k - 1) >>> 1;
RunnableScheduledFuture<?> e = queue[parent];
if (key.compareTo(e) >= 0)
break;
queue[k] = e;
setIndex(e, k);
k = parent;
}
queue[k] = key;
setIndex(key, k);
}
這個數(shù)組實現(xiàn)了堆這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)隆敢，使用對象比較將最需要被調(diào)度執(zhí)行的RunnableScheduledFuture放到數(shù)組的前面发皿，而這得力于compareTo方法，下面是RunnableScheduledFuture類的compareTo方法的實現(xiàn)筑公，主要是通過延遲時間來做比較雳窟。
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;
}
上面是生產(chǎn)元素，下面來看一下消費數(shù)據(jù)匣屡。在上面我們提到的take方法中，使用了一個方法如下：
private RunnableScheduledFuture<?> finishPoll(RunnableScheduledFuture<?> f) {
int s = --size;
RunnableScheduledFuture<?> x = queue[s];
queue[s] = null;
if (s != 0)
siftDown(0, x);
setIndex(f, -1);
return f;
}
這個方法中調(diào)用了一個方法siftDown拇涤，這個方法如下：
private void siftDown(int k, RunnableScheduledFuture<?> key) {
int half = size >>> 1;
while (k < half) {
int child = (k << 1) + 1;
RunnableScheduledFuture<?> c = queue[child];
int right = child + 1;
if (right < size && c.compareTo(queue[right]) > 0)
c = queue[child = right];
if (key.compareTo(c) <= 0)
break;
queue[k] = c;
setIndex(c, k);
k = child;
}
queue[k] = key;
setIndex(key, k);
}
對其的解釋就是：
Replaces first element with last and sifts it down. Call only when holding lock.
總結(jié)一下捣作，當我們向queue插入任務(wù)的時候，會發(fā)生siftUp方法的執(zhí)行鹅士，這個時候會把任務(wù)盡量往根部移動券躁，而當我們完成任務(wù)調(diào)度之后，會發(fā)生siftDown方法的執(zhí)行，與siftUp相反也拜，siftDown方法會將任務(wù)盡量移動到queue的末尾以舒。總之慢哈，大概的意思就是queue通過compareTo實現(xiàn)了類似于優(yōu)先級隊列的功能蔓钟。
下面我們來看一下第二個問題：延遲時間的來龍去脈。在上面的take方法里面卵贱，首先獲取了delay滥沫，然后再使用available來做延遲效果，那這個delay從哪里來的呢键俱？通過上面的類圖RunnableScheduledFuture的類圖我們知道兰绣，RunnableScheduledFuture類實現(xiàn)了Delayed接口，而Delayed接口里面的唯一方法是getDelay编振，我們到RunnableScheduledFuture里面看一下這個方法的具體實現(xiàn)：
public long getDelay(TimeUnit unit) {
return unit.convert(time - now(), NANOSECONDS);
}
time是我們設(shè)定的下次執(zhí)行的時間缀辩，所以延遲就是(time - now())，沒毛沧傺搿雌澄！
第三個問題：available變量的來龍去脈，至于這個問題杯瞻，我們看下面的代碼：
/**
* Condition signalled when a newer task becomes available at the
* head of the queue or a new thread may need to become leader.
*/
private final Condition available = lock.newCondition();
這是一個條件變量镐牺，take方法里面使用這個變量來做延遲效果。Condition可以在多個線程間做同步協(xié)調(diào)工作魁莉，更為具體細致的關(guān)于Condition的內(nèi)容睬涧，可以參考更多的資料來學習，本文對此知識點點到為止旗唁。
到此為止畦浓，我們梳理了ScheduledThreadPoolExecutor是如何實現(xiàn)周期性調(diào)度的，首先分析了它的循環(huán)性检疫，然后分析了它的延遲效果讶请。
本文到此也就結(jié)束了，對于線程池的學習現(xiàn)在才剛剛起步屎媳，需要更多更專業(yè)的知識類幫我理解更為底層的內(nèi)容夺溢，當然，為了更進一步理解線程池的實現(xiàn)細節(jié)烛谊，首先需要對線程間通信有足夠的把握风响，其次是要對各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有清晰的認識，比如隊列丹禀、優(yōu)先級隊列状勤、堆等高級的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)鞋怀，以及java語言對于這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)，更為重要的是要結(jié)合實際情況分析問題持搜，在工作和平時的學習中不斷總結(jié)密似，不斷迭代對于線程、線程池的認知葫盼。
