Android小知识-定时任务ScheduledThreadPo

作者: 爱读书的顾先生 | 来源:发表于2018-11-11 20:53 被阅读157次

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ScheduledThreadPoolExecutor继承自ThreadPoolExecutor，而ThreadPoolExecutor是线程池的核心实现类，用来执行被提交的任务，ScheduledThreadPoolExecutor是一个实现定时任务的类，可以在给定的延迟后运行命令，或者定期执行命令。

ScheduledThreadPoolExecutor定义了四个构造函数，这四个构造函数如下：

/**
* @param corePoolSize 核心线程池的大小
*/
public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
    super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE,
            DEFAULT_KEEPALIVE_MILLIS, MILLISECONDS,
            new DelayedWorkQueue());
}

/**
* @param corePoolSize  核心线程池的大小
* @param threadFactory 用于设置创建线程的工厂
*/
public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                                   ThreadFactory threadFactory) {
    super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE,
            DEFAULT_KEEPALIVE_MILLIS, MILLISECONDS,
            new DelayedWorkQueue(), threadFactory);
}

/**
* @param corePoolSize 核心线程池的大小
* @param handler      饱和策略
*/
public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                                   RejectedExecutionHandler handler) {
    super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE,
            DEFAULT_KEEPALIVE_MILLIS, MILLISECONDS,
            new DelayedWorkQueue(), handler);
}

/**
* @param corePoolSize  核心线程池的大小
* @param threadFactory 用于设置创建线程的工厂
* @param handler       饱和策略
*/
public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                                   ThreadFactory threadFactory,
                                   RejectedExecutionHandler handler) {
    super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE,
            DEFAULT_KEEPALIVE_MILLIS, MILLISECONDS,
            new DelayedWorkQueue(), threadFactory, handler);
}

通过源码可以发现，ScheduledThreadPoolExecutor的构造器都是调用父类的构造器也就是ThreadPoolExecutor的构造器，以此来创建一个线程池。

ThreadPoolExecutor的构造器如下：

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
    this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
            Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
}


public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory) {
    this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
            threadFactory, defaultHandler);
}

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          RejectedExecutionHandler handler) {
    this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
            Executors.defaultThreadFactory(), handler);
}

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler) {
    if (corePoolSize < 0 ||
            maximumPoolSize <= 0 ||
            maximumPoolSize < corePoolSize ||
            keepAliveTime < 0)
        throw new IllegalArgumentException();
    if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
        throw new NullPointerException();
    this.corePoolSize = corePoolSize;
    this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
    this.workQueue = workQueue;
    this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
    this.threadFactory = threadFactory;
    this.handler = handler;
}

创建一个线程池时需要输入几个参数，如下：

corePoolSize（线程池的基本大小）：当提交一个任务到线程池时，线程池会创建一个线程来执行任务，即使其它空闲的基本线程能够执行新任务也会创建线程，等到需要执行的任务数大于线程池基本大小时就不再创建，会把到达的任务放到缓存队列当中。如果调用了线程池的prestartAllCoreThreads()方法，线程池会提前创建并启动所有基本线程，或调用线程池的prestartCoreThread()方法，线程池会提前创建一个线程。
maximumPoolSize（线程池最大数量）：线程池允许创建的最大线程数。如果队列满了，并且已创建的线程数小于最大线程数，则线程池会再创建新的线程执行任务。值得注意的是，如果使用了无界的任务队列这个参数就没什么效果。
KeepAliveTime（线程活动保持时间）：线程池的工作线程空闲后，保持存货的时间。如果任务很多，并且每个任务执行的时间比较短，可以调大时间，提供线程的利用率。
unit（线程活动保持时间的单位）：可选的单位有天（DAYS）、小时（HOURS）、分钟（MINUTES）、毫秒（MILLISECONDS）、微妙（MICROSECONDS）、千分之一毫秒和纳秒（NANOSECONDS、千分之一微妙）。
workQueue（任务队列）：用于保持等待执行的任务的阻塞队列，可以选择以下几个阻塞队列。
（1）ArrayBlockingQueue：是一个基于数组结构的有界阻塞队列，此队列按FIFO（先进先出）原则对元素进行排序。
（2）LinkedBlockingQueue：一个基于链表结构的阻塞队列，此队列按FIFO排序元素，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue。
（3）SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列。每个插入操作必须等到另一个线程调用移除操作，否则插入操作一直处于阻塞状态，吞吐量通常要高于LinkedBlockingQueue。
（4）PriorityBlockingQueue：一个具有优先级的无限阻塞队列。
ThreadFactory：用于设置创建线程的工厂，可以通过线程工厂给每个创建出来的线程设置更有意义的名字。
RejectedExecutionHandler（饱和策略）：当队列和线程池都满了，说明线程池处于饱和状态，那么必须采取一种策略处理提交的新任务。这个策略默认情况下是AbortPolicy，表示无法处理新任务时抛出异常。在JDK1.5中Java线程池框架提供了4种策略（也可通过实现RejectedExecutionHandler接口自定义策略）。
（1）AbortPolicy：直接抛出异常。
（2）CallerRunsPolicy：只用调用者所在线程来运行任务。
（3）DiscardOldestPolicy：丢弃队列里最近的一个任务，并执行当前任务。
（4）DiscardPolicy：处理，丢弃掉。

在ScheduledThreadPoolExecutor构造器中使用了工作队列java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor.DelayedWorkQueue，DelayedWorkQueue是一个无界的BlockingQueue，
用于放置实现了Delayed接口的对象，其中的对象只能在其到期才能从队列中取走。

由于ScheduledThreadPoolExecutor继承自ThreadPoolExecutor，因此它也实现了ThreadPoolExecutor的方法，如下：

    public void execute(Runnable command) {
        ...
    }

    public Future<?> submit(Runnable task) {
        ...
    }

    public <T> Future<T> submit(Runnable task, T result) {
        ...
    }

    public <T> Future<T> submit(Callable<T> task) {
        ...
    }

同时它也有自己的定时执行任务的方法：

 /**
  * 延迟delay时间后开始执行task，无法获取task的执行结果。
  */
 public ScheduledFuture<?> schedule(Runnable command,
                                       long delay,
                                       TimeUnit unit) {
     ...
 }

 /**
  * 延迟delay时间后开始执行callable，它接收的是一个Callable实例，
  * 此方法会返回一个ScheduleFuture对象，通过ScheduleFuture我们
  * 可以取消一个未执行的task，也可以获得这个task的执行结果。
  */
 public <V> ScheduledFuture<V> schedule(Callable<V> callable,
                                           long delay,
                                           TimeUnit unit) {
    ...
 }

 /**
  * 延迟initialDelay时间后开始执行command，并且按照period时间周期性
  * 重复调用，当任务执行时间大于间隔时间时，之后的任务都会延迟，此时与
  * Timer中的schedule方法类似。
  */
 public ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command,
                                                  long initialDelay,
                                                  long period,
                                                  TimeUnit unit) {
    ...
 }


/**
 *延迟initialDelay时间后开始执行command，并且按照period时间周期性重复
 *调用，这里的间隔时间delay是等上一个任务完全执行完毕才开始计算。
 */
 public ScheduledFuture<?> scheduleWithFixedDelay(Runnable command,
                                                     long initialDelay,
                                                     long delay,
                                                     TimeUnit unit) {
    ...
 }

ScheduledThreadPoolExecutor把待调度的任务放到一个DelayedWorkQueue ，并且DelayedWorkQueue 是一个无界队列，ThreadPoolExecutor的maximumPoolSize在ScheduledThreadPoolExecutor中没有什么意义。整个ScheduledThreadPoolExecutor的运行可以分为两大部分。

1、当调用ScheduledThreadPoolExecutor的上面4个方法时，会向ScheduledThreadPoolExecutor的DelayedWorkQueue 添加一个实现了RunnableScheduleFuture接口的ScheduledFutureTask，如下ScheduledThreadPoolExecutor其中的一个schedule方法。

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),
                                   sequencer.getAndIncrement()));
    delayedExecute(t);
    return t;
}

private void delayedExecute(RunnableScheduledFuture<?> task) {
    if (isShutdown())
        reject(task);
    else {
        super.getQueue().add(task);//向ScheduledThreadPoolExecutor的DelayedWorkQueue添加一个实现了RunnableScheduleFuture接口的ScheduledFutureTask
        if (isShutdown() &&
            !canRunInCurrentRunState(task.isPeriodic()) &&
            remove(task))
            task.cancel(false);
        else
            ensurePrestart();
    }
}

2、线程池中的线程从DelayedWorkQueue 中获取ScheduledFutureTask，然后执行。

ScheduledFutureTask是ScheduledThreadPoolExecutor的内部类并继承自FutureTask，包含3个成员变量。

//ong型成员变量sequenceNumber，表示这个任务被添加到
//ScheduledThreadPoolExecutor中的序号。
private final long sequenceNumber;

//long型成员变量time，表示这个任务将要被执行的具体时间。
private volatile long time;

//long型成员变量period，表示任务执行的间隔周期。
private final long period;


ScheduledFutureTask内部实现了compareTo()方法，用于对task的排序

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;
}

排序时，time小的排在前面，如果两个ScheduledFutureTask的time相同，就比较sequenceNumber，sequenceNumber小的排在前面。

DelayedWorkQueue 内部使用了二叉堆算法，DelayedWorkQueue 中的元素第一个元素永远是延迟时间最小的那个元素。当执行 schedule 方法是。如果不是重复的任务，那任务从 DelayedWorkQueue 取出之后执行完了就结束了。如果是重复的任务，那在执行结束前会重置执行时间并将自己重新加入到 DelayedWorkQueue 中

总结来说，ScheduledThreadPoolExecutor是一个实现ScheduledExecutorService的可以调度任务的执行框架；DelayedWorkQueue是一个数组实现的阻塞队列，根据任务所提供的时间参数来调整位置，实际上就是个小根堆（优先队列）；ScheduledFutureTask包含任务单元，存有时间、周期、外部任务、堆下标等调度过程中必须用到的参数，被工作线程执行。ScheduledThreadPoolExecutor与Timer都是用作定时任务，它们直接的差异是Timer使用的是绝对时间，系统时间的改变会对Timer产生一定的影响；而ScheduledThreadPoolExecutor使用的是相对时间，不会导致这个问题。Timer使用的是单线程来处理任务，长时间运行的任务会导致其他任务的延迟处理；而ScheduledThreadPoolExecutor可以自定义线程数量。并且Timer没有对运行时异常进行处理，一旦某个任务触发运行时异常，会导致整个Timer崩溃；而ScheduledThreadPoolExecutor对运行时异常做了捕获（通过afterExecute()回调方法中进行处理），所以更安全。

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