Java调度线程池ScheduleExecutorService

如果在一个ScheduleExecutorService中提交一个任务，这个任务的调度周期设置
的时间比任务本身执行的时间短的话会出现什么情况？也就是在线程调度时间已经到了
但是上次的任务还没有做完的情况下，ScheduleExecutorService是怎么处理的？

这个问题曾经困扰了我很久，我们都知道，ScheduleExecutorService是一个支持周期调度的线程池，我们可以设置调度的周期period，ScheduleExecutorService会按照设定好的周期调度我们的任务，如果我们设定的调度周期小于任务运行时间，那么很好理解，比如说我们设置的调度周期为1秒，而任务实际只需要10毫秒就可以执行完成一次，那么执行完成之后放到调度队列即可，下次调度时间到了再次调度执行。那么，如果我们的任务执行时间大于我们设定的调度时间会怎么样？比如我们设定的调度周期为1秒，但是我们的任务每次需要执行2秒，这个情况是不是很奇怪呢？

对于ScheduleExecutorService来说，你给我设定的调度周期是1秒，那么我当然1秒就会去运行一次你，但是运行1秒后发现你还在运行，那我是再次运行你还是等你运行完成再调度你运行？

当然，这都是我的主观臆断来猜测ScheduleExecutorService的原理，ScheduleExecutorService的真正原理需要去阅读源码来理解，下面带着这个问题，以解决这个问题为目标去看一下ScheduleExecutorService的源码吧。

首先，我们使用下面的代码作为测试：

    private static Runnable blockRunner = () -> {
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            System.out.println("one round:" + new Date());
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    };

    private static ScheduledExecutorService scheduledExecutorService =
            Executors.newScheduledThreadPool(2);

    public static void main(String ... args) {

        scheduledExecutorService
                .scheduleAtFixedRate(blockRunner, 0, 100, TimeUnit.MILLISECONDS);

    }

我们设定了调度周期为100毫秒，但是blockRunner实际上需要执行2秒才能返回。关于java的线程池，已经在前面的文章中写到了，可以参考下面的文章：

• Java线程池详解（一）
• Java线程池详解（二）

先来看一下scheduleAtFixedRate这个方法：

    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;
    }

我们的任务command被包装了两次，一次变成了一个ScheduledFutureTask类型的对象，然后又变成了RunnableScheduledFuture类型的对象。然后执行了一个方法delayedExecute，这个方法字面意思上看起来像是延时执行的意思，看一下它的代码：

    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();
        }
    }

它的执行逻辑是：如果线程池被关闭了，那么拒绝提交的任务，否则，将该任务添加队列中去。这个队列就是ThreadPoolExecutor中的workQueue，而这个workQueue是在ThreadPoolExecutor的构造函数中被初始化的，也就是下面这关键的一句：

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

也就是说，我们的任务被添加到了一个DelayedWorkQueue队列中去了，而DelayedWorkQueue我们在Java阻塞队列详解中已经分析过，它是一个可以延迟消费的阻塞队列。而延时的时间是通过接口Delayed的getDelay方法来获得的，我们最后找到ScheduledFutureTask实现了Delayed的getDelay方法。

        public long getDelay(TimeUnit unit) {
            return unit.convert(time - now(), NANOSECONDS);
        }

time变量是什么？原来是delay，好像和period无关啊！！分析了这么久，发现这是第一次执行任务的逻辑啊，我想知道的是第二次、第三次以后和初始的delay无关之后的周期调度的情况啊，继续找吧！

然后发现了ScheduledFutureTask的run方法，很明显这就是任务调度被执行的关键所在，看下代码：

        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);
            }
        }
    }

最为关键的地方在于：

            else if (ScheduledFutureTask.super.runAndReset()) {
                setNextRunTime();
                reExecutePeriodic(outerTask);
            }

首先是：runAndReset()这个方法，然后是setNextRunTime()这个方法，然后是reExecutePeriodic(outerTask)这个方法。
第一个方法runAndReset()貌似是执行我们的提交的任务的，我们看下代码：

    protected boolean runAndReset() {
        if (state != NEW ||
            !UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,
                                         null, Thread.currentThread()))
            return false;
        boolean ran = false;
        int s = state;
        try {
            Callable<V> c = callable;
            if (c != null && s == NEW) {
                try {
                    c.call(); // don't set result
                    ran = true;
                } catch (Throwable ex) {
                    setException(ex);
                }
            }
        } finally {
            // runner must be non-null until state is settled to
            // prevent concurrent calls to run()
            runner = null;
            // state must be re-read after nulling runner to prevent
            // leaked interrupts
            s = state;
            if (s >= INTERRUPTING)
                handlePossibleCancellationInterrupt(s);
        }
        return ran && s == NEW;
    }

关键的地方是c.call()这一句，这个c就是我们提交的任务。
第二个方法setNextRunTime()的意思是设置下次执行的时间，下面是他的代码细节：

        private void setNextRunTime() {
            long p = period;
            if (p > 0)
                time += p;
            else
                time = triggerTime(-p);
        }

我们只需要看p>0这个分支就可以了，其实这是两种策略。我们的示例对应了第一个分支的策略，所以很显然，time这个变量会被加p，而p则是我们设定好的period。下面我们找一下这个time是在哪里初始化的，回忆一下scheduleAtFixedRate这个方法的内，我们说我们的任务被包装了两次，而time就是在这里被初始化的：

    /**
     * Returns the trigger time of a delayed action.
     */
    private long triggerTime(long delay, TimeUnit unit) {
        return triggerTime(unit.toNanos((delay < 0) ? 0 : delay));
    }

    /**
     * Returns the trigger time of a delayed action.
     */
    long triggerTime(long delay) {
        return now() +
            ((delay < (Long.MAX_VALUE >> 1)) ? delay : overflowFree(delay));
    }

无论如何，我们知道一个任务会被运行完一次之后再次设置时间，然后线程池会获取任务来执行，而任务队列是一个延时阻塞队列，所以也就造成了周期性运行的假象。可以看下下面获取任务的take方法：

  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();
            }
        }

可以看到，如果delay小于等于0，那么就是说需要被立即调度，否则延时delay这样一段时间。也就是延时消费。

结论就是，一个任务会被重复添加到一个延时任务队列，所以同一时间任务队列中会有多个任务待调度，线程池会首先获取优先级高的任务执行。如果我们的任务运行时间大于设置的调度时间，那么效果就是任务运行多长时间，调度时间就会变为多久，因为添加到任务队列的任务的延时时间每次都是负数，所以会被立刻执行。

作者：一字马胡
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來源：简书
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