一、線程池初探
所謂線程池，就是將多個線程放在一個池子里面（所謂池化技術），然后需要線程的時候不是創建一個線程，而是從線程池里面獲取一個可用的線程，然后執行我們的任務。線程池的關鍵在於它為我們管理了多個線程，我們不需要關心如何創建線程，我們只需要關系我們的核心業務，然后需要線程來執行任務的時候從線程池中獲取線程。任務執行完之后線程不會被銷毀，而是會被重新放到池子里面，等待機會去執行任務。
我們為什么需要線程池呢？首先一點是線程池為我們提高了一種簡易的多線程編程方案，我們不需要投入太多的精力去管理多個線程，線程池會自動幫我們管理好，它知道什么時候該做什么事情，我們只要在需要的時候去獲取就可以了。其次，我們使用線程池很大程度上歸咎於創建和銷毀線程的代價是非常昂貴的，甚至我們創建和銷毀線程的資源要比我們實際執行的任務所花費的時間還要長，這顯然是不科學也是不合理的，而且如果沒有一個合理的管理者，可能會出現創建了過多的線程的情況，也就是在JVM中存活的線程過多，而存活着的線程也是需要銷毀資源的，另外一點，過多的線程可能會造成線程過度切換的尷尬境地。
對線程池有了一個初步的認識之后，我們來看看如何使用線程池。
- 創建一個線程池
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(1);
- 提交任務
executorService.submit(() -> System.out.println("run"));
Future<String> stringFuture = executorService.submit(() -> "run");
- 創建一個調度線程池
ScheduledExecutorService scheduledExecutorService = Executors.newScheduledThreadPool(1);
- 提交一個周期性執行的任務
scheduledExecutorService
.scheduleAtFixedRate(() -> System.out.println("schedule"), 0, 1, TimeUnit.SECONDS);
- shutdown
executorService.shutdownNow();
scheduledExecutorService.shutdownNow();
可以發現使用線程池非常簡單，只需要極少的代碼就可以創建出我們需要的線程池，然后將我們的任務提交到線程池中去。我們只需要在結束之時記得關閉線程池就可以了。本文的重點並非在於如何使用線程池，而是試圖剖析線程池的實現，比如一個調度線程池是怎么實現的？是靠什么實現的？為什么能這樣實現等等問題。
二、Java線程池實現架構
Java中與線程池相關的類有下面一些：
- Executor
- ExecutorService
- ScheduledExecutorService
- ThreadPoolExecutor
- ScheduledThreadPoolExecutor
- Executors
通過上面一節中的使用示例，可以發現Executors類是一個創建線程池的有用的類，事實上，Executors類的角色也就是創建線程池，它是一個工廠類，可以產生不同類型的線程池，而Executor是線程池的鼻祖類，它有兩個子類是ExecutorService和ScheduledExecutorService，而ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor則是真正的線程池，我們的任務將被這兩個類交由其所管理者的線程池運行，可以發現，ScheduledThreadPoolExecutor是一個集大成者類，下面我們可以看看它的類關系圖：
ScheduledThreadPoolExecutor繼承了ThreadPoolExecutor，ThreadPoolExecutor實現了一般的線程池，沒有調度功能，而ScheduledThreadPoolExecutor繼承了ThreadPoolExecutor的實現，然后增加了調度功能。
最為原始的Executor只有一個方法execute，它接受一個Runnable類型的參數，意思是使用線程池來執行這個Runnable，可以發現Executor不提供有返回值的任務。ExecutorService繼承了Executor，並且極大的增強了Executor的功能，不僅支持有返回值的任務執行，而且還有很多十分有用的方法來為你提供服務，下面展示了ExecutorService提供的方法：
ScheduledExecutorService繼承了ExecutorService，並且增加了特有的調度（schedule）功能。關於Executor、ExecutorService和ScheduledExecutorService的關系，可以見下圖：
總結一下，經過我們的調研，可以發現其實對於我們編寫多線程代碼來說，最為核心的是Executors類，根據我們是需要ExecutorService類型的線程池還是ScheduledExecutorService類型的線程池調用相應的工廠方法就可以了，而ExecutorService的實現表現在ThreadPoolExecutor上，ScheduledExecutorService的實現則表現在ScheduledThreadPoolExecutor上，下文將分別剖析這兩者，嘗試弄清楚線程池的原理。
三、ThreadPoolExecutor解析
上文中描述了Java中線程池相關的架構，了解了這些內容其實我們就可以使用java的線程池為我們工作了，使用其提供的線程池我們可以很方便的寫出高質量的多線程代碼，本節將分析ThreadPoolExecutor的實現，來探索線程池的運行原理。下面的圖片展示了ThreadPoolExecutor的類圖：
下面是幾個比較關鍵的類成員：
private final BlockingQueue<Runnable> workQueue; // 任務隊列，我們的任務會添加到該隊列里面，線程將從該隊列獲取任務來執行
private final HashSet<Worker> workers = new HashSet<Worker>();//任務的執行值集合，來消費workQueue里面的任務
private volatile ThreadFactory threadFactory;//線程工廠
private volatile RejectedExecutionHandler handler;//拒絕策略，默認會拋出異異常，還要其他幾種拒絕策略如下：
1、CallerRunsPolicy：在調用者線程里面運行該任務
2、DiscardPolicy：丟棄任務
3、DiscardOldestPolicy：丟棄workQueue的頭部任務
private volatile int corePoolSize;//最下保活work數量
private volatile int maximumPoolSize;//work上限
我們嘗試執行submit方法，下面是執行的關鍵路徑，總結起來就是：如果Worker數量還沒達到上限則繼續創建，否則提交任務到workQueue，然后讓worker來調度運行任務。
step 1: <ExecutorService>
Future<?> submit(Runnable task);
step 2:<AbstractExecutorService>
public Future<?> submit(Runnable task) {
if (task == null) throw new NullPointerException();
RunnableFuture<Void> ftask = newTaskFor(task, null);
execute(ftask);
return ftask;
}
step 3:<Executor>
void execute(Runnable command);
step 4:<ThreadPoolExecutor>
public void execute(Runnable command) {
if (command == null)
throw new NullPointerException();
/*
* Proceed in 3 steps:
*
* 1. If fewer than corePoolSize threads are running, try to
* start a new thread with the given command as its first
* task. The call to addWorker atomically checks runState and
* workerCount, and so prevents false alarms that would add
* threads when it shouldn't, by returning false.
*
* 2. If a task can be successfully queued, then we still need
* to double-check whether we should have added a thread
* (because existing ones died since last checking) or that
* the pool shut down since entry into this method. So we
* recheck state and if necessary roll back the enqueuing if
* stopped, or start a new thread if there are none.
*
* 3. If we cannot queue task, then we try to add a new
* thread. If it fails, we know we are shut down or saturated
* and so reject the task.
*/
int c = ctl.get();
if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
if (addWorker(command, true))
return;
c = ctl.get();
}
if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) { //提交我們的額任務到workQueue
int recheck = ctl.get();
if (! isRunning(recheck) && remove(command))
reject(command);
else if (workerCountOf(recheck) == 0)
addWorker(null, false);
}
else if (!addWorker(command, false)) //使用maximumPoolSize作為邊界
reject(command); //還不行？拒絕提交的任務
}
step 5:<ThreadPoolExecutor>
private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core)
step 6:<ThreadPoolExecutor>
w = new Worker(firstTask); //包裝任務
final Thread t = w.thread; //獲取線程（包含任務）
workers.add(w); // 任務被放到works中
t.start(); //執行任務
上面的流程是高度概括的，實際情況遠比這復雜得多，但是我們關心的是怎么打通整個流程，所以這樣分析問題是沒有太大的問題的。觀察上面的流程，我們發現其實關鍵的地方在於Worker，如果弄明白它是如何工作的，那么我們也就大概明白了線程池是怎么工作的了。下面分析一下Worker類。
上面的圖片展示了Worker的類關系圖，關鍵在於他實現了Runnable接口，所以問題的關鍵就在於run方法上。在這之前，我們來看一下Worker類里面的關鍵成員：
final Thread thread; Runnable firstTask; //我們提交的任務，可能被立刻執行，也可能被放到隊列里面
thread是Worker的工作線程，上面的分析我們也發現了在addWorker中會獲取worker里面的thread然后start，也就是這個線程的執行，而Worker實現了Runnable接口，所以在構造thread的時候Worker將自己傳遞給了構造函數，thread.start執行的其實就是Worker的run方法。下面是run方法的內容：
public void run() {
runWorker(this);
}
final void runWorker(Worker w) {
Thread wt = Thread.currentThread();
Runnable task = w.firstTask;
w.firstTask = null;
w.unlock(); // allow interrupts
boolean completedAbruptly = true;
try {
while (task != null || (task = getTask()) != null) {
w.lock();
// If pool is stopping, ensure thread is interrupted;
// if not, ensure thread is not interrupted. This
// requires a recheck in second case to deal with
// shutdownNow race while clearing interrupt
if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
(Thread.interrupted() &&
runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
!wt.isInterrupted())
wt.interrupt();
try {
beforeExecute(wt, task);
Throwable thrown = null;
try {
task.run();
} catch (RuntimeException x) {
thrown = x; throw x;
} catch (Error x) {
thrown = x; throw x;
} catch (Throwable x) {
thrown = x; throw new Error(x);
} finally {
afterExecute(task, thrown);
}
} finally {
task = null;
w.completedTasks++;
w.unlock();
}
}
completedAbruptly = false;
} finally {
processWorkerExit(w, completedAbruptly);
}
}
我們來分析一下runWorker這個方法，這就是整個線程池的核心。首先獲取到了我們剛提交的任務firstTask，然后會循環從workQueue里面獲取任務來執行，獲取任務的方法如下：
private Runnable getTask() {
boolean timedOut = false; // Did the last poll() time out?
for (;;) {
int c = ctl.get();
int rs = runStateOf(c);
// Check if queue empty only if necessary.
if (rs >= SHUTDOWN && (rs >= STOP || workQueue.isEmpty())) {
decrementWorkerCount();
return null;
}
int wc = workerCountOf(c);
// Are workers subject to culling?
boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;
if ((wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut))
&& (wc > 1 || workQueue.isEmpty())) {
if (compareAndDecrementWorkerCount(c))
return null;
continue;
}
try {
Runnable r = timed ?
workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :
workQueue.take();
if (r != null)
return r;
timedOut = true;
} catch (InterruptedException retry) {
timedOut = false;
}
}
}
其實核心也就一句：
Runnable r = timed ?
workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :
workQueue.take();
我們再回頭看一下execute，其實我們上面只走了一條邏輯，在execute的時候，我們的worker的數量還沒有到達我們設定的corePoolSize的時候，會走上面我們分析的邏輯，而如果達到了我們設定的閾值之后，execute中會嘗試去提交任務，如果提交成功了就結束，否則會拒絕任務的提交。我們上面還提到一個成員：maximumPoolSize，其實線程池的最大的Worker數量應該是maximumPoolSize，但是我們上面的分析是corePoolSize，這是因為我們的private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core)的參數core的值來控制的，core為true則使用corePoolSize來設定邊界，否則使用maximumPoolSize來設定邊界。直觀的解釋一下，當線程池里面的Worker數量還沒有到corePoolSize，那么新添加的任務會伴隨着產生一個新的worker，如果Worker的數量達到了corePoolSize，那么就將任務存放在阻塞隊列中等待Worker來獲取執行，如果沒有辦法再向阻塞隊列放任務了，那么這個時候maximumPoolSize就變得有用了，新的任務將會伴隨着產生一個新的Worker，如果線程池里面的Worker已經達到了maximumPoolSize，那么接下來提交的任務只能被拒絕策略拒絕了。可以參考下面的描述來理解：
* When a new task is submitted in method {@link #execute(Runnable)},
* and fewer than corePoolSize threads are running, a new thread is
* created to handle the request, even if other worker threads are
* idle. If there are more than corePoolSize but less than
* maximumPoolSize threads running, a new thread will be created only
* if the queue is full. By setting corePoolSize and maximumPoolSize
* the same, you create a fixed-size thread pool. By setting
* maximumPoolSize to an essentially unbounded value such as {@code
* Integer.MAX_VALUE}, you allow the pool to accommodate an arbitrary
* number of concurrent tasks. Most typically, core and maximum pool
* sizes are set only upon construction, but they may also be changed
* dynamically using {@link #setCorePoolSize} and {@link
* #setMaximumPoolSize}.
在此需要說明一點，有一個重要的成員：keepAliveTime，當線程池里面的線程數量超過corePoolSize了，那么超出的線程將會在空閑keepAliveTime之后被terminated。可以參考下面的文檔：
* If the pool currently has more than corePoolSize threads,
* excess threads will be terminated if they have been idle for more
* than the keepAliveTime (see {@link #getKeepAliveTime(TimeUnit)}).
四、ScheduledThreadPoolExecutor解析
ScheduledThreadPoolExecutor適用於延時執行，或者周期性執行的任務調度，ScheduledThreadPoolExecutor在實現上繼承了ThreadPoolExecutor，所以你依然可以將ScheduledThreadPoolExecutor當成ThreadPoolExecutor來使用，但是ScheduledThreadPoolExecutor的功能要強大得多，因為ScheduledThreadPoolExecutor可以根據設定的參數來周期性調度運行，下面的圖片展示了四個和周期性相關的方法：
- 如果你想延時一段時間之后運行一個Runnable，那么使用第一個方法
- 如果你想延時一段時間然后運行一個Callable，那么使用的第二個方法
- 如果你想要延時一段時間，然后根據設定的參數周期執行Runnable，那么可以選擇第三個和第四個方法，第三個方法和第四個方法的區別在於：第三個方法嚴格按照規划的時間路徑來執行，比如周期為2，延時為0，那么執行的序列為0，2，4，6，8....，而第四個方法將基於上次執行時間來規划下次的執行，也就是在上次執行完成之后再次執行。比如上面的執行序列0，2，4，6，8...，如果第2秒沒有被調度執行，而在第三秒的時候才被調度，那么下次執行的時間不是4，而是5，以此類推。
下面來看一下這四個方法的一些細節：
public <V> ScheduledFuture<V> schedule(Callable<V> callable,
long delay,
TimeUnit unit) {
if (callable == null || unit == null)
throw new NullPointerException();
RunnableScheduledFuture<V> t = decorateTask(callable,
new ScheduledFutureTask<V>(callable,
triggerTime(delay, unit)));
delayedExecute(t);
return t;
}
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();
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;
}
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();
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;
}
public ScheduledFuture<?> scheduleWithFixedDelay(Runnable command,
long initialDelay,
long delay,
TimeUnit unit) {
if (command == null || unit == null)
throw new NullPointerException();
if (delay <= 0)
throw new IllegalArgumentException();
ScheduledFutureTask<Void> sft =
new ScheduledFutureTask<Void>(command,
null,
triggerTime(initialDelay, unit),
unit.toNanos(-delay));
RunnableScheduledFuture<Void> t = decorateTask(command, sft);
sft.outerTask = t;
delayedExecute(t);
return t;
}
通過上面的代碼我們可以發現，前兩個方法是類似的，后兩個方法也是類似的。前兩個方法屬於一次性調度，所以period都為0，區別在於參數不同，一個是Runnable，而一個是Callable，可笑的是，最后都變為了Callable了，見下面的構造函數：
public FutureTask(Runnable runnable, V result) {
this.callable = Executors.callable(runnable, result);
this.state = NEW; // ensure visibility of callable
}
對於后兩個方法，區別僅僅在於period的，scheduleWithFixedDelay對參數進行了操作，將原來的時間變為負數了，而后面在計算下次被調度的時間的時候會根據這個參數的正負值來分別處理，正數代表scheduleAtFixedRate，而負數代表了scheduleWithFixedDelay。
一個需要被我們注意的細節是，以上四個方法最后都會調用一個方法: delayedExecute(t)，下面看一下這個方法：
private void delayedExecute(RunnableScheduledFuture<?> task) {
if (isShutdown())
reject(task);
else {
super.getQueue().add(task);
if (isShutdown() &&
!canRunInCurrentRunState(task.isPeriodic()) &&
remove(task))
task.cancel(false);
else
ensurePrestart();
}
}
大概的意思就是先判斷線程池是否被關閉了，如果被關閉了，則拒絕任務的提交，否則將任務加入到任務隊列中去等待被調度執行。最后的ensurePrestart的意思是需要確保線程池已經被啟動起來了。下面是這個方法：
void ensurePrestart() {
int wc = workerCountOf(ctl.get());
if (wc < corePoolSize)
addWorker(null, true);
else if (wc == 0)
addWorker(null, false);
}
主要是增加了一個沒有任務的worker，有什么用呢？我們還記得Worker的邏輯嗎？addWorker方法的執行，會觸發Worker的run方法的執行，然后runWorker方法就會被執行，而runWorker方法是循環從workQueue中取任務執行的，所以確保線程池被啟動起來是重要的，而只需要簡單的執行addWorker便會觸發線程池的啟動流程。對於調度線程池來說，只要執行了addWorker方法，那么線程池就會一直在后台周期性的調度執行任務。
到此，似乎我們還是沒有鬧明白ScheduledThreadPoolExecutor是如何實現周期性的，上面講到四個scheduled方法時，我們沒有提一個重要的類：ScheduledFutureTask，對，所有神奇的事情將會發生在這個類中，下面來分析一下這個類。
看上面的類圖，貌似這個類非常復雜，還好，我們發現他實現了Runnable接口，那么必然會有一個run方法，而這個run方法必然是整個類的核心，下面來看一下這個run方法的內容：
public void run() {
boolean periodic = isPeriodic();
if (!canRunInCurrentRunState(periodic))
cancel(false);
else if (!periodic)
ScheduledFutureTask.super.run();
else if (ScheduledFutureTask.super.runAndReset()) {
setNextRunTime();
reExecutePeriodic(outerTask);
}
}
}
首先，判斷是否是周期性的任務，如果不是，則直接執行（一次性），否則執行，然后設置下次執行的時間，然后重新調度，等待下次執行。這里有一個方法需要注意，也就是setNextRunTime，上面我們提到scheduleAtFixedRate和scheduleWithFixedDelay在傳遞參數時不一樣，后者將delay值變為了負數，所以下面的處理正好印證了前文所述。
private void setNextRunTime() {
long p = period;
if (p > 0)
time += p;
else
time = triggerTime(-p);
}
下面來看一下reExecutePeriodic方法是如何做的，他的目標是將任務再次被調度執行，下面的代碼展示了這個功能的實現：
void reExecutePeriodic(RunnableScheduledFuture<?> task) {
if (canRunInCurrentRunState(true)) {
super.getQueue().add(task);
if (!canRunInCurrentRunState(true) && remove(task))
task.cancel(false);
else
ensurePrestart();
}
}
可以看到，這個方法就是將我們的任務再次放到了workQueue里面，那這個參數是什么？在上面的run方法中我們調用了reExecutePeriodic方法，參數為outerTask，而這個變量是什么？看下面的代碼：
/** The actual task to be re-enqueued by reExecutePeriodic */ RunnableScheduledFuture<V> outerTask = this;
這個變量指向了自己，而this的類型是什么？是ScheduledFutureTask，也就是可以被調度的task，這樣就實現了循環執行任務了。
上面的分析已經到了循環執行，但是ScheduledThreadPoolExecutor的功能是周期性執行，所以我們接着分析ScheduledThreadPoolExecutor是如何根據我們的參數走走停停的。這個時候，是應該看一下ScheduledThreadPoolExecutor的構造函數了，我們來看一個最簡單的構造函數：
public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
new DelayedWorkQueue());
}
我們知道ScheduledThreadPoolExecutor的父類是ThreadPoolExecutor，所以這里的super其實是ThreadPoolExecutor的構造函數，我們發現其中有一個參數DelayedWorkQueue，看名字貌似是一個延遲隊列的樣子，進一步跟蹤代碼，發現了下面的一行代碼（構造函數中）：
this.workQueue = workQueue;
所以在ScheduledThreadPoolExecutor中，workQueue是一個DelayedWorkQueue類型的隊列，我們暫且認為DelayedWorkQueue是一種具備延遲功能的隊列吧，那么，到此我們便可以想明白了，上面的分析我們明白了ScheduledThreadPoolExecutor是如何循環執行任務的，而這里我們明白了ScheduledThreadPoolExecutor使用DelayedWorkQueue來達到延遲的目標，所以組合起來，就可以實現ScheduledThreadPoolExecutor周期性執行的目標。下面我們來看一下DelayedWorkQueue是如何做到延遲的吧，上文中提到一個方法:getTask，這個方法的作用是從workQueue中取出任務來執行，而在ScheduledThreadPoolExecutor里面，getTask方法是從DelayedWorkQueue中取任務的，而取任務無非兩個方法:poll或者take，下面我們對DelayedWorkQueue的take方法來分析一下：
public RunnableScheduledFuture<?> take() throws InterruptedException {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lockInterruptibly();
try {
for (;;) {
RunnableScheduledFuture<?> first = queue[0];
if (first == null)
available.await();
else {
long delay = first.getDelay(NANOSECONDS);
if (delay <= 0)
return finishPoll(first);
first = null; // don't retain ref while waiting
if (leader != null)
available.await();
else {
Thread thisThread = Thread.currentThread();
leader = thisThread;
try {
available.awaitNanos(delay);
} finally {
if (leader == thisThread)
leader = null;
}
}
}
}
} finally {
if (leader == null && queue[0] != null)
available.signal();
lock.unlock();
}
}
在for循環里面，首先從queue中獲取第一個任務，然后從任務中取出延遲時間，而后使用available變量來實現延遲效果。這里面需要幾個點需要探索一下：
- 這個queue是什么東西？
- 延遲時間的來龍去脈？
- available變量的來龍去脈？
對於第一個問題，看下面的代碼：
private RunnableScheduledFuture<?>[] queue =
new RunnableScheduledFuture<?>[INITIAL_CAPACITY];
它是一個RunnableScheduledFuture類型的數組，下面是RunnableScheduledFuture類的類關系圖：
數組里面保存了我們的RunnableScheduledFuture，對queue的操作，主要來看一下增加元素和消費元素的操作。首先，假設使用add方法來增加RunnableScheduledFuture到queue，調用的鏈路如下：
public boolean add(Runnable e) {
return offer(e);
}
public boolean offer(Runnable x) {
if (x == null)
throw new NullPointerException();
RunnableScheduledFuture<?> e = (RunnableScheduledFuture<?>)x;
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
int i = size;
if (i >= queue.length)
grow();
size = i + 1;
if (i == 0) {
queue[0] = e;
setIndex(e, 0);
} else {
siftUp(i, e);
}
if (queue[0] == e) {
leader = null;
available.signal();
}
} finally {
lock.unlock();
}
return true;
}
解釋一下，add方法直接轉到了offer方法，該方法中，首先判斷數組的容量是否足夠，如果不夠則grow，增長的策略如下：
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // grow 50%
每次增長50%，入戲下去。增長完成后，如果這是第一個元素，則放在坐標為0的位置，否則，使用siftUp操作，下面是該方法的內容：
private void siftUp(int k, RunnableScheduledFuture<?> key) {
while (k > 0) {
int parent = (k - 1) >>> 1;
RunnableScheduledFuture<?> e = queue[parent];
if (key.compareTo(e) >= 0)
break;
queue[k] = e;
setIndex(e, k);
k = parent;
}
queue[k] = key;
setIndex(key, k);
}
這個數組實現了堆這種數據結構，使用對象比較將最需要被調度執行的RunnableScheduledFuture放到數組的前面，而這得力於compareTo方法，下面是RunnableScheduledFuture類的compareTo方法的實現，主要是通過延遲時間來做比較。
public int compareTo(Delayed other) {
if (other == this) // compare zero 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 diff = getDelay(NANOSECONDS) - other.getDelay(NANOSECONDS);
return (diff < 0) ? -1 : (diff > 0) ? 1 : 0;
}
上面是生產元素，下面來看一下消費數據。在上面我們提到的take方法中，使用了一個方法如下：
private RunnableScheduledFuture<?> finishPoll(RunnableScheduledFuture<?> f) {
int s = --size;
RunnableScheduledFuture<?> x = queue[s];
queue[s] = null;
if (s != 0)
siftDown(0, x);
setIndex(f, -1);
return f;
}
這個方法中調用了一個方法siftDown，這個方法如下：
private void siftDown(int k, RunnableScheduledFuture<?> key) {
int half = size >>> 1;
while (k < half) {
int child = (k << 1) + 1;
RunnableScheduledFuture<?> c = queue[child];
int right = child + 1;
if (right < size && c.compareTo(queue[right]) > 0)
c = queue[child = right];
if (key.compareTo(c) <= 0)
break;
queue[k] = c;
setIndex(c, k);
k = child;
}
queue[k] = key;
setIndex(key, k);
}
對其的解釋就是：
Replaces first element with last and sifts it down. Call only when holding lock.
總結一下，當我們向queue插入任務的時候，會發生siftUp方法的執行，這個時候會把任務盡量往根部移動，而當我們完成任務調度之后，會發生siftDown方法的執行，與siftUp相反，siftDown方法會將任務盡量移動到queue的末尾。總之，大概的意思就是queue通過compareTo實現了類似於優先級隊列的功能。
下面我們來看一下第二個問題：延遲時間的來龍去脈。在上面的take方法里面，首先獲取了delay，然后再使用available來做延遲效果，那這個delay從哪里來的呢？通過上面的類圖RunnableScheduledFuture的類圖我們知道，RunnableScheduledFuture類實現了Delayed接口，而Delayed接口里面的唯一方法是getDelay，我們到RunnableScheduledFuture里面看一下這個方法的具體實現：
public long getDelay(TimeUnit unit) {
return unit.convert(time - now(), NANOSECONDS);
}
time是我們設定的下次執行的時間，所以延遲就是(time - now())，沒毛病！
第三個問題：available變量的來龍去脈，至於這個問題，我們看下面的代碼：
/**
* Condition signalled when a newer task becomes available at the
* head of the queue or a new thread may need to become leader.
*/
private final Condition available = lock.newCondition();
這是一個條件變量，take方法里面使用這個變量來做延遲效果。Condition可以在多個線程間做同步協調工作，更為具體細致的關於Condition的內容，可以參考更多的資料來學習，本文對此知識點點到為止。
到此為止，我們梳理了ScheduledThreadPoolExecutor是如何實現周期性調度的，首先分析了它的循環性，然后分析了它的延遲效果，本文到此也就結束了，對於線程池的學習現在才剛剛起步，需要更多更專業的知識類幫我理解更為底層的內容，當然，為了更進一步理解線程池的實現細節，首先需要對線程間通信有足夠的把握，其次是要對各種數據結構有清晰的認識，比如隊列、優先級隊列、堆等高級的數據結構，以及java語言對於這些數據結構的實現，更為重要的是要結合實際情況分析問題，在工作和平時的學習中不斷總結，不斷迭代對於線程、線程池的認知。