RxJava之執行緒切換原理分析
Scheduler翻譯成中文就是“排程”的意思,在RxJava裡就是執行緒之間的排程,也就是執行緒之間的切換。
從圖中可以簡單看出,SingleScheduler、ComputationScheduler、IoScheduler、NewThreadScheduler的核心實現就是一個執行緒池,但該執行緒池裡只會有一個執行緒,而newScheduledThreadPool是可以延遲、定時執行的,所以我們可以認為SingleScheduler、ComputationScheduler、IoScheduler、NewThreadScheduler的核心實現就是一個可定時、可延遲執行及輪詢的特殊執行緒,下面簡稱執行緒。該執行緒是通過Observable的scheduleDirect方法來提交任務(基本上都是通過此方法來提交任務)。
@NonNull
public Disposable scheduleDirect(@NonNull Runnable run, long delay, @NonNull TimeUnit unit) {
final Worker w = createWorker();
final Runnable decoratedRun = RxJavaPlugins.onSchedule(run);
DisposeTask task = new DisposeTask(decoratedRun, w);
w.schedule (task, delay, unit);
return task;
}
createWorker
是一個抽象的方法,在SingleScheduler、ComputationScheduler、IoScheduler、NewThreadScheduler中分別有不同的實現。
1、SingleScheduler原理分析
createWorker在SingleScheduler中的實現如下,在呼叫ScheduledWorker的schedule方法將任務交給執行緒執行。
public Worker createWorker() {
//傳入一個有且只有一個執行緒的執行緒池,就是上面說的特殊執行緒
return new ScheduledWorker(executor.get());
}
public Disposable schedule(@NonNull Runnable run, long delay, @NonNull TimeUnit unit) {
...
tasks.add(sr);
try {
Future<?> f;
//將任務交給執行緒執行
if (delay <= 0L) {
f = executor.submit((Callable<Object>)sr);
} else {
f = executor.schedule((Callable<Object>)sr, delay, unit);
}
sr.setFuture(f);
} catch (RejectedExecutionException ex) {
...
}
SingleScheduler的原理比較簡單,到此就完畢了。但執行緒是在那裡建立的尼?其實在SingleScheduler的構造方法就已經建立了執行緒。由於SingleScheduler是單例實現,所有SingleScheduler中有且僅有一個執行緒。 那麼當多工且有耗時操作時,後面的任務就會等待。
public SingleScheduler(ThreadFactory threadFactory) {
this.threadFactory = threadFactory;
executor.lazySet(createExecutor(threadFactory));
}
//建立執行緒池
static ScheduledExecutorService createExecutor(ThreadFactory threadFactory) {
return SchedulerPoolFactory.create(threadFactory);
}
//是SchedulerPoolFactory中的create方法
public static ScheduledExecutorService create(ThreadFactory factory) {
//建立執行緒池
final ScheduledExecutorService exec = Executors.newScheduledThreadPool(1, factory);
tryPutIntoPool(PURGE_ENABLED, exec);
return exec;
}
2、ComputationScheduler原理分析
ComputationScheduler就比較麻煩一點了,圖中可以看出ComputationScheduler裡建立了一組執行緒。也是在構造方法中建立的,構造方法中呼叫start方法。
public ComputationScheduler(ThreadFactory threadFactory) {
this.threadFactory = threadFactory;
this.pool = new AtomicReference<FixedSchedulerPool>(NONE);
start();
}
public void start() {
//MAX_THREADS = cap(Runtime.getRuntime().availableProcessors(), Integer.getInteger(KEY_MAX_THREADS, 0));
FixedSchedulerPool update = new FixedSchedulerPool(MAX_THREADS, threadFactory);
//用update替代預設的NONE,NONE中沒有任何執行緒建立
if (!pool.compareAndSet(NONE, update)) {
update.shutdown();
}
}
在start中建立了FixedSchedulerPool
物件,其中MAX_THREADS是根據Runtime.getRuntime().availableProcessors()
計算出來的。來看一下FixedSchedulerPool
物件的實現
static final class FixedSchedulerPool implements SchedulerMultiWorkerSupport {
final int cores;
final PoolWorker[] eventLoops;
long n;
FixedSchedulerPool(int maxThreads, ThreadFactory threadFactory) {
// initialize event loops
this.cores = maxThreads;
this.eventLoops = new PoolWorker[maxThreads];
//每個PoolWorker代表一個Executors.newScheduledThreadPool(1, factory)的實現
for (int i = 0; i < maxThreads; i++) {
this.eventLoops[i] = new PoolWorker(threadFactory);
}
}
//eventLoops中取出一個執行緒
public PoolWorker getEventLoop() {
int c = cores;
if (c == 0) {
return SHUTDOWN_WORKER;
}
// simple round robin, improvements to come
return eventLoops[(int)(n++ % c)];
}
...
@Override
public void createWorkers(int number, WorkerCallback callback) {
int c = cores;
if (c == 0) {
for (int i = 0; i < number; i++) {
callback.onWorker(i, SHUTDOWN_WORKER);
}
} else {
int index = (int)n % c;
for (int i = 0; i < number; i++) {
callback.onWorker(i, new EventLoopWorker(eventLoops[index]));
if (++index == c) {
index = 0;
}
}
n = index;
}
}
}
在FixedSchedulerPool
中建立了一組執行緒,當有任務時就取出其中一個執行緒來處理任務,如果任務超出執行緒數,那麼其他任務就會等待。下面來看schedule方法
public Worker createWorker() {
//pool.get返回的就是一個FixedSchedulerPool物件
return new EventLoopWorker(pool.get().getEventLoop());
}
public Disposable schedule(@NonNull Runnable action) {
if (disposed) {
return EmptyDisposable.INSTANCE;
}
return poolWorker.scheduleActual(action, 0, TimeUnit.MILLISECONDS, serial);
}
由於poolWorker是NewThreadWorker的子類,所以就呼叫NewThreadWorker的scheduleActual
方法。
static final class PoolWorker extends NewThreadWorker {
PoolWorker(ThreadFactory threadFactory) {
super(threadFactory);
}
}
public ScheduledRunnable scheduleActual(final Runnable run, long delayTime, @NonNull TimeUnit unit, @Nullable DisposableContainer parent) {
Runnable decoratedRun = RxJavaPlugins.onSchedule(run);
ScheduledRunnable sr = new ScheduledRunnable(decoratedRun, parent);
if (parent != null) {
if (!parent.add(sr)) {
return sr;
}
}
Future<?> f;
try {
if (delayTime <= 0) {
f = executor.submit((Callable<Object>)sr);
} else {
f = executor.schedule((Callable<Object>)sr, delayTime, unit);
}
sr.setFuture(f);
} catch (RejectedExecutionException ex) {
if (parent != null) {
parent.remove(sr);
}
RxJavaPlugins.onError(ex);
}
return sr;
}
在scheduleActual
中也是將任務交給給執行緒執行,由於執行緒最多有MAX_THREADS個,所以當任務超過MAX_THREADS則會等待,直到其他任務執行完畢釋放執行緒。
3、IoScheduler原理解析
IoScheduler就有點意思,它有對Worker進行了快取,實現了一個池CachedWorkerPool
,CachedWorkerPool
中有一個佇列ConcurrentLinkedQueue
,它會儲存每次使用的執行緒,同時也在CachedWorkerPool
中建立一個執行緒來不停的掃描(每隔60s掃描一次),判斷是否有超時的執行緒,如果有就從ConcurrentLinkedQueue
中將執行緒移除掉。
static final class CachedWorkerPool implements Runnable {
//每個執行緒的存活時間
private final long keepAliveTime;
private final ConcurrentLinkedQueue<ThreadWorker> expiringWorkerQueue;
final CompositeDisposable allWorkers;
private final ScheduledExecutorService evictorService;
private final Future<?> evictorTask;
private final ThreadFactory threadFactory;
CachedWorkerPool(long keepAliveTime, TimeUnit unit, ThreadFactory threadFactory) {
this.keepAliveTime = unit != null ? unit.toNanos(keepAliveTime) : 0L;
this.expiringWorkerQueue = new ConcurrentLinkedQueue<ThreadWorker>();
this.allWorkers = new CompositeDisposable();
this.threadFactory = threadFactory;
ScheduledExecutorService evictor = null;
Future<?> task = null;
if (unit != null) {
//建立一個新的執行緒,每keepAliveTime(預設是60s)執行一次,掃描是否有超時的執行緒
evictor = Executors.newScheduledThreadPool(1, EVICTOR_THREAD_FACTORY);
task = evictor.scheduleWithFixedDelay(this, this.keepAliveTime, this.keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS);
}
evictorService = evictor;
evictorTask = task;
}
@Override
public void run() {
//每次掃描執行的方法
evictExpiredWorkers();
}
ThreadWorker get() {
if (allWorkers.isDisposed()) {
return SHUTDOWN_THREAD_WORKER;
}
//判斷佇列是否為空,不為空則從佇列中取出
while (!expiringWorkerQueue.isEmpty()) {
ThreadWorker threadWorker = expiringWorkerQueue.poll();
if (threadWorker != null) {
return threadWorker;
}
}
//如果沒有快取的執行緒,就重新建立
ThreadWorker w = new ThreadWorker(threadFactory);
allWorkers.add(w);
return w;
}
//當執行緒加入到佇列中
void release(ThreadWorker threadWorker) {
// Refresh expire time before putting worker back in pool
//更新到期時間
threadWorker.setExpirationTime(now() + keepAliveTime);
expiringWorkerQueue.offer(threadWorker);
}
//如果執行緒超出存活時間就移除掉
void evictExpiredWorkers() {
if (!expiringWorkerQueue.isEmpty()) {
long currentTimestamp = now();
//遍歷佇列中的所有執行緒
for (ThreadWorker threadWorker : expiringWorkerQueue) {
if (threadWorker.getExpirationTime() <= currentTimestamp) {
if (expiringWorkerQueue.remove(threadWorker)) {
allWorkers.remove(threadWorker);
}
} else {
// Queue is ordered with the worker that will expire first in the beginning, so when we
// find a non-expired worker we can stop evicting.
break;
}
}
}
}
//當前時間
long now() {
return System.nanoTime();
}
//中斷執行緒
void shutdown() {
allWorkers.dispose();
if (evictorTask != null) {
evictorTask.cancel(true);
}
if (evictorService != null) {
evictorService.shutdownNow();
}
}
}
瞭解CachedWorkerPool
後,IoScheduler基本上就沒什麼難點了,下面再來看createWorker
的實現,首先從CachedWorkerPool
中取出一個執行緒,然後在交給這個執行緒即可。
public Worker createWorker() {
return new EventLoopWorker(pool.get());
}
public Disposable schedule(@NonNull Runnable action, long delayTime, @NonNull TimeUnit unit) {
if (tasks.isDisposed()) {
// don't schedule, we are unsubscribed
return EmptyDisposable.INSTANCE;
}
return threadWorker.scheduleActual(action, delayTime, unit, tasks);
}
}
//ThreadWorker繼承與NewThreadWorker
static final class ThreadWorker extends NewThreadWorker {
//到期時間,到期後該執行緒就會被移除掉
private long expirationTime;
ThreadWorker(ThreadFactory threadFactory) {
super(threadFactory);
this.expirationTime = 0L;
}
//返回到期時間
public long getExpirationTime() {
return expirationTime;
}
//設定到期時間
public void setExpirationTime(long expirationTime) {
this.expirationTime = expirationTime;
}
}
從上面看出ThreadWorker
有一個到期時間,如果到期後就會被銷燬,否則繼續存在。
4、NewThreadScheduler原理解析
NewThreadScheduler
就比較簡單,直接來一個任務就建立一個執行緒。
public Worker createWorker() {
return new NewThreadWorker(threadFactory);
}
這裡直接返回NewThreadWorker
,這個類比較簡單。
public class NewThreadWorker extends Scheduler.Worker implements Disposable {
private final ScheduledExecutorService executor;
volatile boolean disposed;
public NewThreadWorker(ThreadFactory threadFactory) {
//建立一個執行緒,前面已經介紹
executor = SchedulerPoolFactory.create(threadFactory);
}
@NonNull
@Override
public Disposable schedule(@NonNull final Runnable run) {
return schedule(run, 0, null);
}
@NonNull
@Override
public Disposable schedule(@NonNull final Runnable action, long delayTime, @NonNull TimeUnit unit) {
if (disposed) {
return EmptyDisposable.INSTANCE;
}
return scheduleActual(action, delayTime, unit, null);
}
//提交任務給執行緒池,也就是前面說的特殊執行緒
public Disposable scheduleDirect(final Runnable run, long delayTime, TimeUnit unit) {
ScheduledDirectTask task = new ScheduledDirectTask(RxJavaPlugins.onSchedule(run));
try {
Future<?> f;
if (delayTime <= 0L) {
f = executor.submit(task);
} else {
f = executor.schedule(task, delayTime, unit);
}
task.setFuture(f);
return task;
} catch (RejectedExecutionException ex) {
RxJavaPlugins.onError(ex);
return EmptyDisposable.INSTANCE;
}
}
//提交任務給執行緒池,也就是前面說的特殊執行緒
public Disposable schedulePeriodicallyDirect(Runnable run, long initialDelay, long period, TimeUnit unit) {
final Runnable decoratedRun = RxJavaPlugins.onSchedule(run);
if (period <= 0L) {
InstantPeriodicTask periodicWrapper = new InstantPeriodicTask(decoratedRun, executor);
try {
Future<?> f;
if (initialDelay <= 0L) {
f = executor.submit(periodicWrapper);
} else {
f = executor.schedule(periodicWrapper, initialDelay, unit);
}
periodicWrapper.setFirst(f);
} catch (RejectedExecutionException ex) {
RxJavaPlugins.onError(ex);
return EmptyDisposable.INSTANCE;
}
return periodicWrapper;
}
ScheduledDirectPeriodicTask task = new ScheduledDirectPeriodicTask(decoratedRun);
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