Java定时任务之ScheduledThreadPoolExecutorJava定时任务之Timer，我们研究了Time

在《# Java定时任务之Timer》一文中，我们研究了Timer的内部原理。现在，来看看比Timer功能更强大、更灵活的ScheduledThreadPoolExecutor。

在JDK 1.5中，新增了ScheduledThreadPoolExecutor类，继承自ThreadPoolExecutor。主要用来执行延迟任务，或者定期执行任务。

1 ScheduledThreadPoolExecutor

构造器方法如下。DelayedWorkQueue是一个无界队列，因此maximumPoolSize失去意义。使用以下提交任务，会创建一个ScheduledFutureTask对象。通过sequencer属性，给每个任务生成一个序号（当任务）

2 ScheduledFutureTask

注意，它实现了Runnable接口、Comparable接口。

2.1 属性和构造器

主要包含5个成员变量：

long time，将要被执行的具体时间。
long sequenceNumber，任务被添加到ScheduledThreadPoolExecutor时序号。
long period，间隔周期，period=0即仅执行一次的delay任务
outerTask，对自身引用，在周期任务时会将它再次添加到队列中。
callable，任务本身，这个属性在父类FutureTask中。构造方法如下。 super(r, result);指向了FutureTask。

2.2 周期任务实现

任务延迟执行通过DelayQueue实现。周期执行是如何实现的？

其实，工作线程执行任务时，不是直接调用你提交任务的run()，而是执行ScheduledFutureTask.run()：

如果是仅执行一次的delay任务，则调用任务并结束；
如果是周期任务，除了调用任务本身，还要重置time为下次时间，再次将任务放回队列中。周期任务的执行流程图如下：

3 DelayedWorkQueue

DelayedWorkQueue实现了BlockingQueue，内部是一个数组，初始容量为16，使用堆结构，提供了siftUp、siftDown方法，实现了优先级。

3.1 阻塞实现

对于BlockingQueue，在队列为空时调用take()将阻塞，在队列已满时调用offer()也阻塞。而DelayedWorkQueue有所不同：

当内部数组已满时调用offer()，不会阻塞；将触发扩容，因此尺寸相当于无界的。
队列为空时调用take()将阻塞；但不为空时，如果首个任务没有到期，也会计时await阻塞。

3.2 队列中元素排序

ScheduledFutureTask实现了Comparable接口。排序规则如下：

time小的排在前面，
time相同时比较sequenceNumber，sequenceNumber更小的排前面；
sequenceNumber在任务被提交时生成，值越小说明被提交越早。 因此，DelayedWorkQueue中第一个元素，始终是最早到期的那个任务。

4 使用ScheduledThreadPoolExecutor

4.1 与Timer比较

由于使用了线程池，当执行任务发生异常导致线程退出，线程池会补充工作线程，或使用其他线程来继续执行队列中任务。
也是由于使用线程池，多个类型的任务间可以并发执行，而非串行。
都是基于优先级队列，来实现任务按到期时间排序；
对于一个周期任务，多次执行之间都是串行的，不会并发；

4.2 使用注意事项

合理设置执行周期

下面代码中，任务执行时间大于period，将不会按period来触发。虽然线程池中有多个线程。

注意，周期任务是在本次执行后，修改time并再放回队列的。

@Slf4j(topic = "c.TestTimer")
public class TestScheduledExecutorService {
  public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
    ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(2);
    log.debug("start...");
	
    pool.scheduleAtFixedRate(() -> {
      try {
        log.debug("running...");
        // 执行耗时大于period
        TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
      } catch (InterruptedException e) {
        throw new RuntimeException(e);
      }
    }, 1, 2, TimeUnit.SECONDS);
  }
}

不同任务使用不同线程池

当不同任务提交到一个线程池时，且任务数大于线程池线程数时，执行周期会相互影响，导致延迟。如下：

线程数为2，任务数为3；
task1、task2都是耗时5秒，周期10秒；task3耗时2秒，周期4秒。
task3原本延迟1秒启动，结果延迟了5秒，周期变得不规律

    ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(2);
    log.debug("start...");
    pool.scheduleAtFixedRate(() -> {
      try {
        log.debug("running task1");
        TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
      } catch (InterruptedException e) {
        throw new RuntimeException(e);
      }
    }, 1, 10, TimeUnit.SECONDS);

    pool.scheduleAtFixedRate(() -> {
      try {
        log.debug("running task2");
        TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
      } catch (InterruptedException e) {
        throw new RuntimeException(e);
      }
    }, 1, 10, TimeUnit.SECONDS);

    pool.scheduleAtFixedRate(() -> {
      try {
        log.debug("running task3");
        TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
      } catch (InterruptedException e) {
        throw new RuntimeException(e);
      }
    }, 1, 4, TimeUnit.SECONDS);