ScheduledExecutorService

一、背景

大家好呀，上周我们公司由于定时线程池使用不当出了一个故障，几千万的单子可能没了

给兄弟们分享分享这个坑，希望兄弟们以后别踩！

业务中大量的使用定时线程池（ScheduledExecutorService）执行任务，有时候会忽略掉 Try/Catch 的异常判断

当任务执行报错时，会导致整个定时线程池挂掉，影响业务的正常需求

二、问题

我们来模仿一个生产的例子：

• 合作方修改频率低且合作方允许最终一致性

• 我们有一个定时任务每隔 60 秒去 MySQL 拉取全量的 合作方 数据放至 合作方缓存（本地缓存） 中

• 当客户请求时，我们去缓存中拿取合作方即可

这样的生产例子应该存在于绝大数公司，代码如下：

public class Demo {

    // 创建定时线程池
    private static ScheduledExecutorService scheduledExecutorService = Executors.newScheduledThreadPool(1);

    private List<String> partnerCache = new ArrayList<>();

    @PostConstruct
    public void init() {
        scheduledExecutorService.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                // 启动时每隔60秒执行一次数据库的刷新
                // 将数据缓存至本地
                loadPartner();
            }
        }, 3, 60, TimeUnit.SECONDS);
    }

    public void loadPartner() {
        // 查询数据库当前最新合作方数据
        List<String> partnerList = queryPartners();

        // 合作方数据放至缓存
        partnerCache.clear();
        partnerCache.addAll(partnerList);
    }


    public List<String> queryPartners() {
        // 数据库挂了！
        throw new RuntimeException();
    }

}

运行上述样例，我们会发现程序不停止，输出一遍 Load start!，一直在运行，但后续不输出 Load start!

这个时候我们可以确认：异常确实导致当前任务不再执行

1、为什么任务报错会影响定时线程池？

2、定时线程池是真的挂掉了嘛?

3、定时线程池内部是如何执行的？

跟着这三个问题，我们一起来看一看 ScheduledExecutorService 的原理介绍

三、原理剖析

对于 ScheduledExecutorService 来说，本质上是 延时队列 + 线程池

1、延时队列介绍

DelayQueue 是一个无界的 BlockingQueue，用于放置实现了Delayed接口的对象，只能在到期时才能从队列中取走。

这种队列是有序的，即队头对象的延迟到期时间最长。

我们看一下延时队列里对象的属性：

class MyDelayedTask implements Delayed{
    // 当前任务创建时间
    private long start = System.currentTimeMillis();
    // 延时时间
    private long time ;

    // 初始化
    public MyDelayedTask(long time) {
        this.time = time;
    }

    /**
     * 需要实现的接口，获得延迟时间（用过期时间-当前时间）
     */
    @Override
    public long getDelay(TimeUnit unit) {
        return unit.convert((start+time) - System.currentTimeMillis(),TimeUnit.MILLISECONDS);
    }

    /**
     * 用于延迟队列内部比较排序（当前时间的延迟时间 - 比较对象的延迟时间）
     */
    @Override
    public int compareTo(Delayed o) {
        MyDelayedTask o1 = (MyDelayedTask) o;
        return (int) (this.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS) - o.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS));
    }
}

所以，延时队列的实现原理也很简单：

• 生产端：投递消息时增加时间戳（当前时间+延时时间）
• 消费端：用当前时间与时间戳进行比较，若小于则消费，反之则循环等待

2、线程池的原理介绍

• 当前的线程池个数低于核心线程数，直接添加核心线程即可
• 当前的线程池个数大于核心线程数，将任务添加至阻塞队列中
• 如果添加阻塞队列失败，则需要添加非核心线程数处理任务
• 如果添加非核心线程数失败（满了），执行拒绝策略

3、定时线程的原理

我们从定时线程池的创建看：scheduledExecutorService.scheduleAtFixedRate(myTask, 3L, 1L, TimeUnit.SECONDS);

public ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command, long initialDelay, long period, TimeUnit unit) {
    // 初始化我们的任务
    // triggerTime：延时的实现
    ScheduledFutureTask<Void> sft = new ScheduledFutureTask<Void>(command,null,triggerTime(initialDelay, unit),unit.toNanos(period));
    RunnableScheduledFuture<Void> t = decorateTask(command, sft);
    sft.outerTask = t;
    delayedExecute(t);
    return t;
}
private void delayedExecute(RunnableScheduledFuture<?> task) {
    // 将当前任务丢进延时队列
    super.getQueue().add(task);
    // 创建核心线程并启动 
    ensurePrestart();
}

// 时间轮算法
private long triggerTime(long delay, TimeUnit unit) {
    return now() + delay;
}

从这里我们可以得到结论：定时线程池通过延时队列来达到定时的目的

有一个问题：我们仅仅向 Queue 里面放了一个任务，他是怎么保证执行多次的呢？

带着这个问题，我们看一下他拉取任务启动的代码：

for (;;) {
    // 从延时队列中获取任务
    Runnable r = workQueue.take();
}
public RunnableScheduledFuture<?> take(){
    for (;;) {
        // 获取队列第一个任务
        RunnableScheduledFuture<?> first = queue[0];
        
        // 【重点】如果当前队列任务为空，则等待
        if (first == null){
            available.await();
        }
                        
        // 获取当前任务的时间
        long delay = first.getDelay(NANOSECONDS);
        
        if (delay <= 0){
            // 弹出当前任务
            return finishPoll(first);
        }
        
                            
    }
}
// 时间戳减去当前时间
public long getDelay(TimeUnit unit) {
    return unit.convert(time - now(), NANOSECONDS);
}

当拿到任务（ScheduledFutureTask）之后，会执行任务：task.run()

public void run() {
   // 执行当前的任务
   if (ScheduledFutureTask.super.runAndReset()) {
        setNextRunTime();
        reExecutePeriodic(outerTask);
    }
}

protected boolean runAndReset() {
    if (state != NEW){
        return false;
    }
    int s = state;
    try {
        Callable<V> c = callable;
        if (c != null && s == NEW) {
            try {
                // 执行任务
                c.call(); 
                // 【重点！！！】如果任务正常执行成功的话,这里会将ran置为true
                // 如果你的任务有问题,会被下面直接捕捉到,不会将此处的ran置为true
                ran = true;
            } catch (Throwable ex) {
                // 出现异常会将state置为EXCEPTIONAL
                // 标记当前任务执行失败并将异常赋值到结果
                setException(ex);
            }finally {
                 s = state;
            }
        }
    }
    // ran：当前任务是否执行成功
    // s：当前任务状态
    // ran为false：当前任务执行失败
    // s == NEW = false：当前任务状态出现异常
    return ran && s == NEW;
}

如果我们的 runAndReset 返回 false 的话，那么进不去 setNextRunTime 该方法：

if (ScheduledFutureTask.super.runAndReset()) {
    // 修改当前任务的Time
    setNextRunTime();
    // 将任务重新丢进队列
    reExecutePeriodic(outerTask);
}

最终，任务没有办法被丢进队列，我们的线程无法拿到任务执行，一直在等待。

四、结论

通过上面的分析，我们回头看一下开篇的三个问题：

1、为什么任务报错会影响定时线程池？

• 任务报错不会影响线程池，只是线程池将当前任务给丢失，没有继续放到队列中

2、定时线程池是真的挂掉了嘛?

• 定时线程池没有挂，挂的只是报错的任务

3、定时线程池内部是如何执行的？

• 线程池 + 延时队列

所以，通过上述的讲解，我们应该认识到：定时任务一定要加Try Catch，不然一旦发生异常

不然，你就会和作者一样，背故障让公司损失几千万，血的教训！

五、总结

鲁迅先生曾说：独行难，众行易，和志同道合的人一起进步。彼此毫无保留的分享经验，才是对抗互联网寒冬的最佳选择。

其实很多时候，并不是我们不够努力，很可能就是自己努力的方向不对，如果有一个人能稍微指点你一下，你真的可能会少走几年弯路。

我是爱敲代码的小黄，独角兽企业的Java开发工程师，CSDN博客专家，喜欢后端架构和中间件源码。

我们下期再见。

我从清晨走过，也拥抱夜晚的星辰，人生没有捷径，你我皆平凡，你好，陌生人，一起共勉。