摘要:在前面介紹了的多線程的基本原理信息線程池架構(gòu)原理和源碼解析,本文對這個本身的線程池的調(diào)度器做一個簡單擴展,如果還沒讀過上一篇文章,建議讀一下,因為這是調(diào)度器的核心組件部分。
在前面介紹了java的多線程的基本原理信息:《Java線程池架構(gòu)原理和源碼解析》,本文對這個java本身的線程池的調(diào)度器做一個簡單擴展,如果還沒讀過上一篇文章,建議讀一下,因為這是調(diào)度器的核心組件部分。
我們?nèi)绻胘ava默認的線程池來做調(diào)度器,一種選擇就是Timer和TimerTask的結(jié)合,在以前的文章:《Timer與TimerTask的真正原理&使用介紹》中有明確的說明:一個Timer為一個多帶帶的線程,雖然一個Timer可以調(diào)度多個TimerTask,但是對于一個Timer來講是串行的,至于細節(jié)請參看對應(yīng)的那篇文章的內(nèi)容,本文介紹的多線程調(diào)度器,也就是定時任務(wù),基于多線程調(diào)度完成,當然你可以為了完成多線程使用多個Timer,只是這些Timer的管理需要你來完成,不是一個框架體系,而ScheduleThreadPoolExecutor提供了這個功能,所以我們第一要搞清楚是如何使用調(diào)度器的,其次是需要知道它的內(nèi)部原理是什么,也就是知其然,再知其所以然!
首先如果我們要創(chuàng)建一個基于java本身的調(diào)度池通常的方法是:
Executors.newScheduledThreadPool(int);
當有重載方法,我們最常用的是這個就從這個,看下定義:
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) { return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize); }
其實內(nèi)部是new了一個實例化對象出來,并傳入大小,此時就跟蹤到ScheduledThreadPoolExecutor的構(gòu)造方法中:
public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) { super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0,TimeUnit.NANOSECONDS, new DelayedWorkQueue()); }
你會發(fā)現(xiàn)調(diào)用了super,而super你跟蹤進去會發(fā)現(xiàn),是ThreadPoolExecutor中,那么ScheduledThreadPoolExecutor和ThreadPoolExecutor有何區(qū)別,就是本文要說得重點了,首先我們留下個引子,你發(fā)現(xiàn)在定義隊列的時候,不再是上文中提到的LinkedBlockingQueue,而是DelayedWorkQueue,那么細節(jié)上我們接下來就是要講解的重點,既然他們又繼承關(guān)系,其實搞懂了不同點,就搞懂了共同點,而且有這樣的關(guān)系大多數(shù)應(yīng)當是共同點,不同點的猜測:這個是要實現(xiàn)任務(wù)調(diào)度,任務(wù)調(diào)度不是立即的,需要延遲和定期做等情況,那么是如何實現(xiàn)的呢?
這就是我們需要思考的了,通過源碼考察,我們發(fā)現(xiàn),他們都有execute方法,只是ScheduledThreadPoolExecutor將源碼進行了重寫,并且還有以下四個調(diào)度器的方法:
public ScheduledFuture> schedule(Runnable command, long delay, TimeUnit unit); public ScheduledFuture schedule(Callable callable, long delay, TimeUnit unit); public ScheduledFuture> scheduleAtFixedRate(Runnable command, long initialDelay, long period, TimeUnit unit); public ScheduledFuture> scheduleWithFixedDelay(Runnable command, long initialDelay, long delay, TimeUnit unit);
那么這四個方法有什么區(qū)別呢?其實第一個和第二個區(qū)別不大,一個是Runnable、一個是Callable,內(nèi)部包裝后是一樣的效果;所以把頭兩個方法幾乎當成一種調(diào)度,那么三種情況分別是:
1、 進行一次延遲調(diào)度:延遲delay這么長時間,單位為:TimeUnit傳入的的一個基本單位,例如:TimeUnit.SECONDS屬于提供好的枚舉信息;(適合于方法1和方法2)。
2、 多次調(diào)度,每次依照上一次預(yù)計調(diào)度時間進行調(diào)度,例如:延遲2s開始,5s一次,那么就是2、7、12、17,如果中間由于某種原因?qū)е戮€程不夠用,沒有得到調(diào)度機會,那么接下來計算的時間會優(yōu)先計算進去,因為他的排序會被排在前面,有點類似Timer中的:scheduleAtFixedRate方法,只是這里是多線程的,它的方法名也叫:scheduleAtFixedRate,所以這個是比較好記憶的(適合方法3)
3、 多次調(diào)度,每次按照上一次實際執(zhí)行的時間進行計算下一次時間,同上,如果在第7秒沒有被得到調(diào)度,而是第9s才得到調(diào)度,那么計算下一次調(diào)度時間就不是12秒,而是9+5=14s,如果再次延遲,就會延遲一個周期以上,也就會出現(xiàn)少調(diào)用的情況(適合于方法3);
4、 最后補充execute方法是一次調(diào)度,期望被立即調(diào)度,時間為空:
public void execute(Runnable command) {
if (command == null)
throw new NullPointerException();
schedule(command, 0, TimeUnit.NANOSECONDS);
}
我們簡單看看scheduleAtFixedRate、scheduleWithFixedDelay對下面的分析會更加有用途:
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
兩段源碼唯一的區(qū)別就是在unit.toNanos(int)這唯一一個地方,scheduleAtFixedRate里面是直接傳入值,而scheduleWithFixedDelay里面是取了相反數(shù),也就是假如我們都傳入正數(shù),scheduleWithFixedDelay其實就取反了,沒有任何區(qū)別,你是否聯(lián)想到前面文章介紹Timer中類似的處理手段通過正負數(shù)區(qū)分時間間隔方法,為0代表僅僅調(diào)度一次,其實在這里同樣是這樣的,他們也同樣有一個問題就是,如果你傳遞負數(shù),方法的功能正好是相反的。
而你會發(fā)現(xiàn),不論是那個schedule方法里頭,都會創(chuàng)建一個ScheduledFutureTask類的實例,此類究竟是何方神圣呢,我們來看看。
ScheduledFutureTask的類(ScheduleThreadPoolExecutor的私有的內(nèi)部類)來進行調(diào)度,那么可以看看內(nèi)部做了什么操作,如下:
ScheduledFutureTask(Runnable r, V result, long ns) { super(r, result); this.time = ns; this.period = 0; this.sequenceNumber = sequencer.getAndIncrement(); } /** * Creates a periodic action with given nano time and period. */ ScheduledFutureTask(Runnable r, V result, long ns, long period) { super(r, result); this.time = ns; this.period = period; this.sequenceNumber = sequencer.getAndIncrement(); } /** * Creates a one-shot action with given nanoTime-based trigger. */ ScheduledFutureTask(Callable callable, long ns) { super(callable); this.time = ns; this.period = 0; this.sequenceNumber = sequencer.getAndIncrement(); }
最核心的幾個參數(shù)正好對應(yīng)了調(diào)度的延遲的構(gòu)造方法,這些參數(shù)如何用起來的?那么它還提供了什么方法呢?
public long getDelay(TimeUnit unit) { return unit.convert(time - now(), TimeUnit.NANOSECONDS); } public int compareTo(Delayed other) { if (other == this) // compare zero ONLY 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 d = (getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS) - other.getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS)); return (d == 0)? 0 : ((d < 0)? -1 : 1); }
這里發(fā)現(xiàn)了,他們可以運行,且判定時間的方法是getDelay方法我們知道了。 對比時間的方法是:compareTo,傳入了參數(shù)類型為:Delayed類型,不難猜測出,ScheduledFutureTask和Delayed有某種繼承關(guān)系,沒錯,ScheduledFutureTask實現(xiàn)了Delayed的接口,只是它是間接實現(xiàn)的;并且Delayed接口繼承了Comparable接口,這個接口可用來干什么?看過我前面寫的一篇文章關(guān)于中文和對象排序的應(yīng)該知道,這個是用來自定義對比和排序的,我們的調(diào)度任務(wù)是一個對象,所以需要排序才行,接下來我們回溯到開始定義的代碼中,找一個實際調(diào)用的代碼來看看它是如何啟動到run方法的?如何排序的?如何調(diào)用延遲的?就是我們下文中會提到的,而這里我們先提出問題,后文我們再來說明這些問題。 我們先來看下run方法的一些定義。
/** * 時間片類型任務(wù)執(zhí)行 */ private void runPeriodic() { //運行對應(yīng)的程序,這個是具體的程序 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)//規(guī)定時間間隔算出下一次時間 time += p; else//用當前時間算出下一次時間,負負得正 time = triggerTime(-p); //計算下一次時間,并資深再次放入等待隊列中 ScheduledThreadPoolExecutor.super.getQueue().add(this); } else if (down) interruptIdleWorkers(); } /** * 是否為逐片段執(zhí)行,如果不是,則調(diào)用父親類的run方法 */ public void run() { if (isPeriodic())//周期任務(wù) runPeriodic(); else//只執(zhí)行一次的任務(wù) ScheduledFutureTask.super.run(); }
可以看到run方法首先通過isPeriod()判定是否為時間片,判定的依據(jù)就是我們說的時間片是否“不為零”,如果不是周期任務(wù),就直接運行一次,如果是周期任務(wù),則除了運行還會計算下一次執(zhí)行的時間,并將其再次放入等待隊列,這里對應(yīng)到scheduleAtFixedRate、scheduleWithFixedDelay這兩個方法一正一負,在這里得到判定,并且將為負數(shù)的取反回來,負負得正,java就是這么干的,呵呵,所以不要認為什么是不可能的,只要好用什么都是可以的,然后計算的時間一個是基于標準的time加上一個時間片,一個是根據(jù)當前時間計算一個時間片,在上文中我們已經(jīng)明確說明了兩者的區(qū)別。
以:schedule方法為例:
public ScheduledFuture schedule(Callable callable, long delay, TimeUnit unit) { if (callable == null || unit == null) throw new NullPointerException(); RunnableScheduledFuture t = decorateTask(callable, new ScheduledFutureTask(callable, triggerTime(delay, unit))); delayedExecute(t); return t; }
其實這個方法內(nèi)部創(chuàng)建的就是一個我們剛才提到的:ScheduledFutureTask,外面又包裝了下叫做RunnableScheduledFuture,也就是適配了下而已,呵呵,代碼里面就是一個return操作,java這樣做的目的是方便子類去擴展。
關(guān)鍵是delayedExecute(t)方法中做了什么?看名稱是延遲執(zhí)行的意思,難道java的線程可以延遲執(zhí)行,那所有的任務(wù)線程都在運行狀態(tài)?
它的源碼是這樣的:
private void delayedExecute(Runnable command) { if (isShutdown()) { reject(command); return; } if (getPoolSize() < getCorePoolSize()) prestartCoreThread(); super.getQueue().add(command); }
我們主要關(guān)心prestartCoreThread()和super.getQueue().add(command),因為如果系統(tǒng)關(guān)閉,這些討論都沒有意義的,我們分別叫他們第二小段代碼和第三小段代碼。
第二個部分如果線程數(shù)小于核心線程數(shù)設(shè)置,那么就調(diào)用一個prestartCoreThread(),看方法名應(yīng)該是:預(yù)先啟動一個核心線程的意思,先看完第三個部分,再跟蹤進去看源碼。
第三個部分很明了,就是調(diào)用super.getQueue().add(command);也就是說直接將任務(wù)放入一個隊列中,其實super是什么?super就是我們上一篇文章所提到的ThreadPoolExecutor,那么這個Queue就是上一篇文章中提到的等待隊列,也就是任何schedule任務(wù)首先放入等待隊列,然后等待被調(diào)度的。
public boolean prestartCoreThread() { return addIfUnderCorePoolSize(null); } private boolean addIfUnderCorePoolSize(Runnable firstTask) { Thread t = null; final ReentrantLock mainLock = this.mainLock; mainLock.lock(); try { if (poolSize < corePoolSize && runState == RUNNING) t = addThread(firstTask); } finally { mainLock.unlock(); } if (t == null) return false; t.start(); return true; }
這個代碼是否似曾相似,沒錯,這個你在上一篇文章介紹ThreadPoolExecutor的時候就見到過,說明不論是ThreadPoolExecutor還是ScheduleThreadPoolExecutor他們的Thread都是由一個Worker來處理的(上一篇文章有介紹),而這個Worker處理的基本機制就是將當前任務(wù)執(zhí)行后,不斷從線程等待隊列中獲取數(shù)據(jù),然后用以執(zhí)行,直到隊列為空為止。 那么他們的區(qū)別在哪里呢?延遲是如何實現(xiàn)的呢?和我們上面介紹的ScheduledFutureTask又有何關(guān)系呢? 那么我們回過頭來看看ScheduleThreadPool的定義是如何的。
public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) { super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0,TimeUnit.NANOSECONDS, new DelayedWorkQueue()); }
發(fā)現(xiàn)它和ThreadPoolExecutor有個定義上很大的區(qū)別就是,ThreadPoolExecutor用的是LinkedBlockingQueue(當然可以修改),它用的是DelayedWeorkQueue,而這個DelayedWorkQueue里面你會發(fā)現(xiàn)它僅僅是對java.util.concurrent.DelayedQueue類一個簡單訪問包裝,這個隊列就是等待隊列,可以看到任務(wù)是被直接放到等待隊列中的,所以取數(shù)據(jù)必然從這里獲取,而這個延遲的隊列有何神奇之處呢,它又是如何實現(xiàn)的呢,我們從什么地方下手去看這個DelayWorkQueue? 我們還是回頭看看Worker里面的run方法(上一篇文章中已經(jīng)講過):
public void run() { try { Runnable task = firstTask; firstTask = null; while (task != null || (task = getTask()) != null) { runTask(task); task = null; } } finally { workerDone(this); } }
這里面要調(diào)用等待隊列就是getTask()方法:
Runnable getTask() { for (;;) { try { int state = runState; if (state > SHUTDOWN) return null; Runnable r; if (state == SHUTDOWN) // Help drain queue r = workQueue.poll(); else if (poolSize > corePoolSize || allowCoreThreadTimeOut) r = workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS); else r = workQueue.take(); if (r != null) return r; if (workerCanExit()) { if (runState >= SHUTDOWN) // Wake up others interruptIdleWorkers(); return null; } } catch (InterruptedException ie) { } } }
發(fā)現(xiàn)沒有,如果沒有設(shè)置超時,默認只會通過workQueue.take()方法獲取數(shù)據(jù),那么我們就看take方法,而增加到隊列里面的方法自然看offer相關(guān)的方法。接下來我們來看下DelayQueue這個隊列的take方法:
public E take() throws InterruptedException { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lockInterruptibly(); try { for (;;) { E first = q.peek(); if (first == null) { available.await();//等待信號,線程一直掛在哪里 } else { long delay = first.getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS); if (delay > 0) { long tl = available.awaitNanos(delay);//最左等delay的時間段 } else { E x = q.poll();//可以運行,取出一個 assert x != null; if (q.size() != 0) available.signalAll(); return x; } } } } finally { lock.unlock(); } }
這里的for就是要找到數(shù)據(jù)為止,否則就等著,而這個“q”和“available”是什么呢?
private transient final Condition available = lock.newCondition();
private final PriorityQueue q = new PriorityQueue();
怎么里面還有一層隊列,不用怕,從這里你貌似看出點名稱意味了,就是它是優(yōu)先級隊列,而對于任務(wù)調(diào)度來講,優(yōu)先級的方式就是時間,我們用這中猜測來繼續(xù)深入源碼。
上面首先獲取這個隊列的第一個元素,若為空,就等待一個“available”發(fā)出的信號,我們可以猜測到這個offer的時候會發(fā)出的信號,一會來驗證即可;若不為空,則通過getDelay方法來獲取時間信息,這個getDelay方法就用上了我們開始說的ScheduledFutureTask了,如果是時間大于0,則也進入等待,因為還沒開始執(zhí)行,等待也是“available”發(fā)出信號,但是有一個最長時間,為什么還要等這個信號,是因為有可能進來一個新的任務(wù),比這個等待的任務(wù)還要先執(zhí)行,所以要等這個信號;而最多等這么長時間,就是因為如果這段時間沒任務(wù)進來肯定就是它執(zhí)行了。然后就返回的這個值,被Worker(上面有提到)拿到后調(diào)用其run()方法進行運行。
那么寫入隊列在那里?他們是如何排序的?
我們看看隊列的寫入方法是這樣的:
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(); } }
隊列也是首先取出第一個(后面會用來和當前任務(wù)做比較),而這里“q”是上面提到的“PriorityQueue”,看來offer的關(guān)鍵還在它的里面,我們看看調(diào)用過程:
public boolean offer(E e) { if (e == null) throw new NullPointerException(); modCount++; int i = size; if (i >= queue.length) grow(i + 1); size = i + 1; if (i == 0) queue[0] = e; else siftUp(i, e);//主要是這條代碼很關(guān)鍵 return true; } private void siftUp(int k, E x) { if (comparator != null) siftUpUsingComparator(k, x); else //我們默認走這里,因為DelayQueue定義它的時候默認沒有給定義comparator siftUpComparable(k, x); } /* 可以發(fā)現(xiàn)這個方法是將任務(wù)按照compareTo對比后,放在隊列的合適位置,但是它肯定不是絕對順序的,這一點和Timer的內(nèi)部排序機制類似。 */ private void siftUpComparable(int k, E x) { Comparable super E> key = (Comparable super E>) x; while (k > 0) { int parent = (k - 1) >>> 1; Object e = queue[parent]; if (key.compareTo((E) e) >= 0) break; queue[k] = e; k = parent; } queue[k] = key; }
你是否發(fā)現(xiàn),compareTo也用上了,就是我們前面描述一大堆的:ScheduledFutureTask類中的一個方法,那么run方法也用上了,這個過程貌似完整了。
我們再來理一下思路:
1、調(diào)用的Thread的包裝,由在ThreadPoolExecutor中的Worker調(diào)用你傳入的Runnable的run方法,變成了Worker調(diào)用Runnable的run方法,由它來處理時間片的信息調(diào)用你傳入的線程。
2、ScheduledFutureTask類在整個過程中提供了基礎(chǔ)參考的方法,其中最為關(guān)鍵的就是實現(xiàn)了接口Comparable,實現(xiàn)內(nèi)部的compareTo方法,也實現(xiàn)了Delayed接口中的getDelay方法用以判定時間(當然Delayed接口本身也是繼承于Comparable,我們不要糾結(jié)于細節(jié)概念就好)。
3、等待隊列由在ThreadPoolExecutor中默認使用的LinkedBlockingQueue換成了DelayQueue(它是被DelayWorkQueue包裝了一下子,沒多大區(qū)別),而DelayQueue主要提供了一個信號量“available”來作為寫入和讀取的信號控制開關(guān),通過另一個優(yōu)先級隊列“PriorityQueue”來控制實際的隊列順序,他們的順序就是基于上面提到的ScheduledFutureTask類中的compareTo方法,而是否運行也是基于getDelay方法來實現(xiàn)的。
4、ScheduledFutureTask類的run方法會判定是否為時間片信息,如果為時間片,在執(zhí)行完對應(yīng)的方法后,開始計算下一次執(zhí)行時間(注意判定時間片大于0,小于0,分別代表的是以當前執(zhí)行完的時間為準計算下一次時間還是以當前時間為準),這個在前面有提到。
5、它是支持多線程的,和Timer的機制最大的區(qū)別就在于多個線程會最征用這個隊列,隊里的排序方式和Timer有很多相似之處,并非完全有序,而是通過位移動來盡量找到合適的位置,有點類似貪心的算法,呵呵。
via ifeve
文章版權(quán)歸作者所有,未經(jīng)允許請勿轉(zhuǎn)載,若此文章存在違規(guī)行為,您可以聯(lián)系管理員刪除。
轉(zhuǎn)載請注明本文地址:http://www.ezyhdfw.cn/yun/69762.html
摘要:如問到是否使用某框架,實際是是問該框架的使用場景,有什么特點,和同類可框架對比一系列的問題。這兩個方向的區(qū)分點在于工作方向的側(cè)重點不同。 [TOC] 這是一份來自嗶哩嗶哩的Java面試Java面試 32個核心必考點完全解析(完) 課程預(yù)習(xí) 1.1 課程內(nèi)容分為三個模塊 基礎(chǔ)模塊: 技術(shù)崗位與面試 計算機基礎(chǔ) JVM原理 多線程 設(shè)計模式 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法 應(yīng)用模塊: 常用工具集 ...
摘要:也是自帶的一個基于線程池設(shè)計的定時任務(wù)類。其每個調(diào)度任務(wù)都會分配到線程池中的一個線程執(zhí)行,所以其任務(wù)是并發(fā)執(zhí)行的,互不影響。 原創(chuàng)不易,如需轉(zhuǎn)載,請注明出處https://www.cnblogs.com/baixianlong/p/10659045.html,否則將追究法律責(zé)任!??! 一、在JAVA開發(fā)領(lǐng)域,目前可以通過以下幾種方式進行定時任務(wù) 1、單機部署模式 Timer:jdk中...
摘要:創(chuàng)建線程的方式方式一將類聲明為的子類。將該線程標記為守護線程或用戶線程。其中方法隱含的線程為父線程?;謴?fù)線程,已過時。等待該線程銷毀終止。更多的使當前線程在鎖存器倒計數(shù)至零之前一直等待,除非線 知識體系圖: showImg(https://segmentfault.com/img/bVbef6v?w=1280&h=960); 1、線程是什么? 線程是進程中獨立運行的子任務(wù)。 2、創(chuàng)建線...
摘要:多線程和并發(fā)問題是技術(shù)面試中面試官比較喜歡問的問題之一。線程可以被稱為輕量級進程。一個守護線程是在后臺執(zhí)行并且不會阻止終止的線程。其他的線程狀態(tài)還有,和。上下文切換是多任務(wù)操作系統(tǒng)和多線程環(huán)境的基本特征。 多線程和并發(fā)問題是 Java 技術(shù)面試中面試官比較喜歡問的問題之一。在這里,從面試的角度列出了大部分重要的問題,但是你仍然應(yīng)該牢固的掌握Java多線程基礎(chǔ)知識來對應(yīng)日后碰到的問題。(...
摘要:線程可以被稱為輕量級進程。一個守護線程是在后臺執(zhí)行并且不會阻止終止的線程。其他的線程狀態(tài)還有,和。上下文切換是多任務(wù)操作系統(tǒng)和多線程環(huán)境的基本特征。在的線程中并沒有可供任何對象使用的鎖和同步器。 原文:Java Multi-Threading and Concurrency Interview Questions with Answers 翻譯:并發(fā)編程網(wǎng) - 鄭旭東 校對:方騰飛 多...
閱讀 3602·2021-11-18 13:22
閱讀 2613·2021-09-23 11:53
閱讀 793·2019-08-30 13:17
閱讀 1440·2019-08-30 13:12
閱讀 950·2019-08-29 15:43
閱讀 1157·2019-08-29 12:53
閱讀 2906·2019-08-26 18:27
閱讀 1546·2019-08-26 11:52