ScheduledThreadPoolExecutor的scheduleAtFixedRate方法探究

ScheduledThreadPoolExecutor除了具有ThreadPoolExecutor的所有功能外，还可以延迟执行任务或者周期性的执 行某个任务。scheduleWithFixedDelay和scheduleAtFixedRate就是用来完成这个功能的。平常使用 scheduleAtFixedRate这个方法时并没有多想，但是这几天在实现一个功能的时候，需要考虑scheduleAtFixedRate所执行 的task是否会影响任务的周期性，比如scheduleAtFixedRate(command,5,10,TimeUnit.SECONDS)，那么 这个command的执行会不会影响这个10秒的周期性。因此特意仔细看了下ScheduledThreadPoolExecutor的源代码，这里记录 一下，以便以后查看。

    scheduleAtFixedRate有两个时间参数，initialDelay和period，对应该方法的两个主要功能，即延迟运行任务和周期性执行任务。

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();
    RunnableScheduledFuture<?> t = decorateTask(command,
        new ScheduledFutureTask<Object>(command,
                                        null,
                                        triggerTime(initialDelay, unit),
                                        unit.toNanos(period)));
    delayedExecute(t);
    return t;
}

/**
 * Specialized variant of ThreadPoolExecutor.execute for delayed tasks.
 */
private void delayedExecute(Runnable command) {
    if (isShutdown()) {
        reject(command);
        return;
    }
    // Prestart a thread if necessary. We cannot prestart it
    // running the task because the task (probably) shouldn't be
    // run yet, so thread will just idle until delay elapses.
    if (getPoolSize() < getCorePoolSize())
        prestartCoreThread();

    super.getQueue().add(command);
}

    首先创建一个ScheduledFutureTask，然后通过delayedExecute执行这个task。在delayedExecute中，首先 预先启动一个线程，这里要注意的是这个这里用来启动一个新线程的firstTask参数是null，所以新启动的线程是idle状态的，然后把这个 task加入到workQueue。ScheduledThreadPoolExecutor里的workQueue用的是 DelayedWorkQueue，这个DelayedWorkQueue就是实现delay的关键。DelayedWorkQueue内部使用的是 DelayQueue，DelayQueue实现task delay的关键就在于其Offer(E e)和Take.下面，通过分析这两个方法和结合ThreadPoolExecutor的运行原理来说明delay操作是如何实现的

public boolean offer(E e) {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();
    try {
        E first = q.peek();
        q.offer(e);
        if (first == null || e.compareTo(first) < 0)
            available.signalAll();
        return true;
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

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(TimeUnit.NANOSECONDS);
                if (delay > 0) {
                    long tl = available.awaitNanos(delay);
                } else {
                    E x = q.poll();
                    assert x != null;
                    if (q.size() != 0)
                        available.signalAll(); // wake up other takers
                    return x;

                }
            }
        }
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

      ScheduledThreadPoolExecutor执行task是通过工作线程Work来承担的，Work的Run方法如下：

public void run() {
    try {
        Runnable task = firstTask;
        firstTask = null;
        while (task != null || (task = getTask()) != null) {
            runTask(task);
            task = null;
        }
    } finally {
        workerDone(this);
    }
}

     因为前面在delayedExecute方法里面创建work线程的firstTask参数为null，所以就通过getTask去从workQueue 里面获取task，getTask在正常情况下（即线程池没有关闭，线程数量没有超过corePoolSize等）是通过 workQueue.take()从workQueue里获取任务。根据上面的贴出来的take方法的代码，如果queue是空的，则take方法会阻塞 住，直到有新task被add进来。而在上面的delayedExecute方法的最后，会把创建的scheduledFutureTask加入到 workQueue，这样take方法中的available.await()就被唤醒；在take方法里面，如果workQueue不为空，则执行 task.getDelay()方法获取task的delay

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

   这里的time是通过两个方法把initialDelay变成一个triggerTime

/**
 * 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));
}

注意看这个方法，这里返回的delay不是固定不变的，从task被放入workQueue起，不同的时间调用getDelay方法会得出不同的 delay。如果放入workQueue的task的initialDelay是5秒，那么根据take方法的代码，如果在放入workQueue5秒 后，就可以从delayQueue中拿到5秒前put进去的task，这样就实现了delay的功能。

   在本文的最前面提到scheduleAtFixedRate能够周期性地执行一项任务，那么这个是如何实现的呢？在 scheduleAtFixedRate方法里创建了一个ScheduledFutureTask，这个ScheduledFutureTask包装了 command，最后周期性执行的是ScheduledFutureTask的run方法。

private void runPeriodic() {
    boolean ok = ScheduledFutureTask.super.runAndReset();
    boolean down = isShutdown();
    // Reschedule if not cancelled and not shutdown or policy allows
    if (ok && (!down ||
               (getContinueExistingPeriodicTasksAfterShutdownPolicy() &&
                !isStopped()))) {
        long p = period;
        if (p > 0)
            time += p;
        else
            time = triggerTime(-p);
        ScheduledThreadPoolExecutor.super.getQueue().add(this);
    }
    // This might have been the final executed delayed
    // task.  Wake up threads to check.
    else if (down)
        interruptIdleWorkers();
}

/**
 * Overrides FutureTask version so as to reset/requeue if periodic.
 */
public void run() {
    if (isPeriodic())
        runPeriodic();
    else
        ScheduledFutureTask.super.run();
}

     由上面的代码可以看出，scheduleAtFixedRate(command,5,10,TimeUnit.SECONDS)这个方法的周期性会受 command的影响，如果command方法的执行时间是10秒，那么执行command的周期其实是20秒，即 scheduleAtFixedRate这个方法要等一个完整的command方法执行完成后才继续周期性地执行command方法，其实这样的设计也是 符合常理的。

     以上就是对ScheduledThreadPoolExecutor的一点小理解。

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