【小家java】Java定時任務ScheduledThreadPoolExecutor詳解以及與Timer、TimerTask的區別

阿新 • • 發佈：2018-11-17

Timer和TimerTask

本文先介紹Java最原始的解決方案：Timer和TimerTask

Timer和TimerTask可以作為執行緒實現的第三種方式，在JDK1.3的時候推出。但是自從JDK1.5之後不再推薦時間，而是使用ScheduledThreadPoolExecutor代替

public class Timer {}
// TimerTask 是個抽象類
public abstract class TimerTask implements Runnable {}

快速入門

Timer執行在後臺，可以執行任務一次，或定期執行任務。TimerTask類繼承了Runnable介面，因此具備多執行緒的能力。一個Timer可以排程任意多個TimerTask，所有任務都儲存在一個佇列中順序執行

，如果需要多個TimerTask併發執行，則需要建立兩個多個Timer。

很顯然，一個Timer定時器，是單執行緒的

public static void main(String[] args) throws ParseException {
        Timer timer = new Timer();
        //1、設定兩秒後執行任務
        //timer.scheduleAtFixedRate(new MyTimerTask1(), 2000,1000);
        //2、設定任務在執行時間執行，本例設定時間13:57:00
        SimpleDateFormat dateFormatter = new SimpleDateFormat("yyyy/MM/dd HH:mm:ss");
        Date time = dateFormatter.parse("2018/11/04 18:40:00");
        //讓在指定的時刻執行（如果是過去時間會立馬執行 如果是將來時間 那就等吧）
        timer.schedule(new MyTimerTask1(), time);
    }

    //被執行的任務必須繼承TimerTask，並且實現run方法
    static class MyTimerTask1 extends TimerTask {
        public void run() {
            System.out.println("爆炸！！！");
        }
    }

相關API簡單介紹（畢竟已經不重要了）：
schedule(TimerTask task, long delay, long period) --指定任務執行延遲時間
schedule(TimerTask task, Date time, long period) --指定任務執行時刻
scheduleAtFixedRate(TimerTask task, long delay, long period)
scheduleAtFixedRate(TimerTask task, Date firstTime, long period)

這裡需要注意區別：

schedule：
scheduleAtFixedRate：
相關文章度娘一下，可找到答案。因此本文不做介紹了，畢竟不是本文重點。

終止Timer執行緒

呼叫Timer.cancle()方法。可以在程式任何地方呼叫，甚至在TimerTask中的run方法中呼叫；
設定Timer物件為null，其會自動終止；
用System.exit方法，整個程式終止。

Timer執行緒的缺點（這個就重要了）

Timer執行緒不會捕獲異常，所以TimerTask丟擲的未檢查的異常會終止timer執行緒。如果Timer執行緒中存在多個計劃任務，其中一個計劃任務丟擲未檢查的異常，則會引起整個Timer執行緒結束，從而導致其他計劃任務無法得到繼續執行。
Timer執行緒時基於絕對時間(如：2014/02/14 16:06:00)，因此計劃任務對系統的時間的改變是敏感的。(舉個例子，假如你希望任務1每個10秒執行一次，某個時刻，你將系統時間提前了6秒，那麼任務1就會在4秒後執行，而不是10秒後)
Timer是單執行緒，如果某個任務很耗時，可能會影響其他計劃任務的執行。
Timer執行程式是有可能延遲1、2毫秒，如果是1秒執行一次的任務，1分鐘有可能延遲60毫秒，一小時延遲3600毫秒，相當於3秒（如果你的任務對時間敏感，這將會有影響） ScheduledThreadPoolExecutor的時間會更加的精確

ScheduledThreadPoolExecutor解決了上述所有問題~

ScheduledThreadPoolExecutor（JDK全新定時器排程）

ScheduledThreadPoolExecutor是JDK1.5以後推出的類，用於實現定時、重複執行的功能，官方文件解釋要優於Timer。

構造方法：

ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) //使用給定核心池大小建立一個新定定時執行緒池 
ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize, ThreadFactorythreadFactory) //使用給定的初始引數建立一個新物件，可提供執行緒建立工廠

需要手動傳入執行緒工廠的，可以這麼弄：

    private final static ScheduledThreadPoolExecutor schedual = new ScheduledThreadPoolExecutor(1, new ThreadFactory() {
        private AtomicInteger atoInteger = new AtomicInteger(0);

        @Override
        public Thread newThread(Runnable r) {
            Thread t = new Thread(r);
            t.setName("xxx-Thread " + atoInteger.getAndIncrement());
            return t;
        }
    });

相關排程方法：

ScheduledThreadPoolExecutor還提供了非常靈活的API，用於執行任務。其任務的執行策略主要分為兩大類：
①在一定延遲之後只執行一次某個任務；
②在一定延遲之後週期性的執行某個任務；
如下是其主要API：

// 執行一次
public ScheduledFuture<?> schedule(Runnable command, long delay, TimeUnit unit);
public <V> ScheduledFuture<V> schedule(Callable<V> callable, long delay, TimeUnit unit);

// 週期性執行
public ScheduledFuture<?> scheduleWithFixedDelay(Runnable command,
                                                 long initialDelay, long delay, TimeUnit unit);
public ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command,
                                                  long initialDelay, long period, TimeUnit unit);

第一個和第二個方法屬於第一類，即在delay指定的延遲之後執行第一個引數所指定的任務，區別在於，第二個方法執行之後會有返回值，而第一個方法執行之後是沒有返回值的。

第三個和第四個方法則屬於第二類，即在第二個引數（initialDelay）指定的時間之後開始週期性的執行任務，執行週期間隔為第三個引數指定的時間。

但是這兩個方法的區別在於：第三個方法執行任務的間隔是固定的，無論上一個任務是否執行完成（也就是前面的任務執行慢不會影響我後面的執行）。而第四個方法的執行時間間隔是不固定的，其會在週期任務的上一個任務執行完成之後才開始計時，並在指定時間間隔之後才開始執行任務。

public class ScheduledThreadPoolExecutorTest {
  private ScheduledThreadPoolExecutor executor;
  private Runnable task;
  
  @Before
  public void before() {
    executor = initExecutor();
    task = initTask();
  }
  
  private ScheduledThreadPoolExecutor initExecutor() {
    return new ScheduledThreadPoolExecutor(2);;
  }
  
  private Runnable initTask() {
    long start = System.currentTimeMillis();
    return () -> {
      print("start task: " + getPeriod(start, System.currentTimeMillis()));
      sleep(SECONDS, 10);
      print("end task: " + getPeriod(start, System.currentTimeMillis()));
    };
  }
  
  @Test
  public void testFixedTask() {
    print("start main thread");
    executor.scheduleAtFixedRate(task, 15, 30, SECONDS);
    sleep(SECONDS, 120);
    print("end main thread");
  }
  
  @Test
  public void testDelayedTask() {
    print("start main thread");
    executor.scheduleWithFixedDelay(task, 15, 30, SECONDS);
    sleep(SECONDS, 120);
    print("end main thread");
  }

  private void sleep(TimeUnit unit, long time) {
    try {
      unit.sleep(time);
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }

  private int getPeriod(long start, long end) {
    return (int)(end - start) / 1000;
  }

  private void print(String msg) {
    System.out.println(msg);
  }
}
第一個輸出：
start main thread
start task: 15
end task: 25
start task: 45
end task: 55
start task: 75
end task: 85
start task: 105
end task: 115
end main thread
第二個輸出：
start main thread
start task: 15
end task: 25
start task: 55
end task: 65
start task: 95
end task: 105
end main thread

從結果，現在重點說說這兩者的區別：

scheduleAtFixedRate

是以上一個任務開始的時間計時，period時間過去後，檢測上一個任務是否執行完畢，如果上一個任務執行完畢，則當前任務立即執行，如果上一個任務沒有執行完畢，則需要等上一個任務執行完畢後立即執行。
執行週期是 initialDelay 、initialDelay+period 、initialDelay + 2 * period} 、 … 如果延遲任務的執行時間大於了 period，比如為 5s，則後面的執行會等待5s才回去執行

scheduleWithFixedDelay

是以上一個任務結束時開始計時，period時間過去後，立即執行, 由上面的執行結果可以看出，第一個任務開始和第二個任務開始的間隔時間是第一個任務的執行時間+period（永遠是這麼多）

注意：通過ScheduledExecutorService執行的週期任務，如果任務執行過程中丟擲了異常，那麼過ScheduledExecutorService就會停止執行任務，且也不會再週期地執行該任務了。所以你如果想保住任務都一直被週期執行，那麼catch一切可能的異常。

關於ScheduledThreadPoolExecutor的使用有三點需要說明

ScheduledThreadPoolExecutor繼承自ThreadPoolExecutor（ThreadPoolExecutor詳解），因而也有繼承而來的execute()和submit()方法，但是ScheduledThreadPoolExecutor重寫了這兩個方法，重寫的方式是直接建立兩個立即執行並且只執行一次的任務；
ScheduledThreadPoolExecutor使用ScheduledFutureTask封裝每個需要執行的任務，而任務都是放入DelayedWorkQueue佇列中的，該佇列是一個使用陣列實現的優先佇列，在呼叫ScheduledFutureTask::cancel()方法時，其會根據removeOnCancel變數的設定來確認是否需要將當前任務真正的從佇列中移除，而不只是標識其為已刪除狀態；
ScheduledThreadPoolExecutor提供了一個鉤子方法decorateTask(Runnable, RunnableScheduledFuture)用於對執行的任務進行裝飾，該方法第一個引數是呼叫方傳入的任務例項，第二個引數則是使用ScheduledFutureTask對使用者傳入任務例項進行封裝之後的例項。這裡需要注意的是，在ScheduledFutureTask物件中有一個heapIndex變數，該變數用於記錄當前例項處於佇列陣列中的下標位置，該變數可以將諸如contains()，remove()等方法的時間複雜度從O(N)降低到O(logN)，因而效率提升是比較高的，但是如果這裡使用者重寫decorateTask()方法封裝了佇列中的任務例項，那麼heapIndex的優化就不存在了，因而這裡強烈建議是儘量不要重寫該方法，或者重寫時也還是複用ScheduledFutureTask類。

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