Java多线程（4）：使用线程池执行定时任务

在现实世界里，我们总是免不了要定期去做一件事情（比如上课）—— 在计算机的世界里，更是如此。比如我们手机每天叫我们起床的电子闹钟，某些网站会定期向我们发送一些推荐相关的邮件，集群中我们需要每隔一定时间检查是否有机器宕机等。

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在 使用线程池 中已经介绍，JDK 1.5 时，标准类库添加了对线程池的支持，然后在线程池核心实现 ThreadPoolExecutor 的基础上，实现了 ScheduledThreadPoolExecutor，作为可以 定时和周期性执行任务 的线程池。ScheduledThreadPoolExecutor 的类图如下：

ScheduledThreadPoolExecutor 实现了 ScheduledExecutorService 接口，ScheduledExecutorService 继承了 ExecutorService 接口，所以首先 ScheduledThreadPoolExecutor 是一个 ExecutorService （线程池），然后除了具有线程池的功能，它还有定时和周期性执行任务的功能。ScheduledExecutorService 除了从 ExecutorService 继承的方法外，还包括如下四个方法：

第一个 Schedule 方法：

delay 指定的时间后，执行指定的 Runnable 任务，可以通过返回的 ScheduledFuture<?> 与该任务进行交互。

第二个 Schedule 方法：

delay 指定的时间后，执行指定的 Callable<V> 任务，可以通过返回的 ScheduledFuture<V> 与该任务进行交互。

（ScheduledFuture 接口 继承自 Future 接口，所以 ScheduledFuture 和任务的交互方式与 Future 一致。所以通过ScheduledFuture，可以 判断定时任务是否已经完成，获得定时任务的返回值，或者取消任务等）

scheduleAtFixedRate 方法：

initialDelay 指定的时间后，开始按周期 period 执行指定的 Runnable 任务。
假设调用该方法后的时间点为 0，那么第一次执行任务的时间点为 initialDelay，第二次为 initialDelay + period，第三次为 initialDelay + period + period，以此类推。

scheduleWithFixedDelay 方法：

initialDelay 指定的时间后，开始按指定的 delay 延期性的执行指定的 Runnable 任务。
假设调用该方法后的时间点为 0，每次任务需要耗时 T(i)（i 为第几次执行任务），那么第一次执行任务的时间点为 initialDelay，第一次完成任务的时间点为 initialDelay + T(1)，则第二次执行任务的时间点为 initialDelay + T(1) + delay；第二次完成任务的时间点为 initialDelay + (T(1) + delay) + T(2)，所以第三次执行任务的时间点为 initialDelay + T(1) + delay + T(2) + delay，以此类推。

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我们来实践下 ScheduledThreadPoolExecutor 的 scheduleAtFixedRate 方法：

public class ScheduledExecutorServiceTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ScheduledExecutorService timer = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
        
        TimerTask timerTask = new TimerTask(2000); // 任务需要 2000 ms 才能执行完毕

        System.out.printf("起始时间：%s\n\n", new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(new Date()));

        // 延时 1 秒后，按 3 秒的周期执行任务
        timer.scheduleAtFixedRate(timerTask, 1000, 3000, TimeUnit.MILLISECONDS);
    }

    private static class TimerTask implements Runnable {

        private final int sleepTime;
        private final SimpleDateFormat dateFormat;

        public TimerTask(int sleepTime) {
            this.sleepTime = sleepTime;
            dateFormat = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss");
        }

        @Override
        public void run() {
            System.out.println("任务开始，当前时间：" + dateFormat.format(new Date()));

            try {
                System.out.println("模拟任务运行...");
                Thread.sleep(sleepTime);
            } catch (InterruptedException ex) {
                ex.printStackTrace(System.err);
            }

            System.out.println("任务结束，当前时间：" + dateFormat.format(new Date()));
            System.out.println();
        }

    }
}

运行结果：

可以看到运行结果完全符合预期 —— 延时 1 秒后，每隔 3 秒执行一次任务。

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上面是任务的运行时间小于周期时间的情况 —— 那如果任务运行的时间大于给定的执行周期呢？（比如任务运行需要 3 s，但是我们指定的周期为 2 s）

修改 main 方法：

public static void main(String[] args) throws Exception {
    ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(2);

    TimerTask timerTask = new TimerTask(3000); // 每个任务需要 3000 ms 才能执行完毕

    System.out.printf("起始时间：%s\n\n", new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(new Date()));

    timer.scheduleAtFixedRate(timerTask, 1000, 2000, TimeUnit.MILLISECONDS);
}

运行结果：

可以看到此时虽然我们指定的周期为 2 s，但是因为任务的运行就需要 3 s（超过周期），所以这种情况下 scheduleAtFixedRate 的处理方式为 上一次任务刚完成，则紧接着立即运行下一次任务，而不是使用线程池中的空闲线程来运行任务以维护 2 秒这个周期 —— 由此可见，每个定时任务在 ScheduledThreadPoolExecutor 中，都是串行运行的，即下一次运行任务一定在上一次任务结束之后。

（scheduleWithFixedDelay 方法 的使用也十分简单，请有兴趣的读者自己实践）