这篇文章，我们聊聊任务调度的极简实现：单线程永动机。

“单线程永动机”通常指某个固定线程一直执行特定任务，不会主动终止，除非外部干预（如强制终止程序或者修改运行标志位）。

1 基本编程范式

单线程永动机的特点：

• 单线程：程序在单一线程上执行，很少涉及并发、多线程等复杂逻辑。

• 永动机：通过无限循环（如 while (true)）保持程序持续运行。

• 控制流：为了避免占用过多系统资源，通常会使用控制流手段（如 Thread.sleep()）来暂停操作。

上图中，我们启动一个线程，该线程无限循环执行，每隔 20 毫秒执行业务代码。同时，我们配置了一个变量 stopped ，用于平滑关闭单线程。

在 SpringBoot 项目里，笔者一般习惯如下的编程方式：

首先定义一个容器 SingleThreadService ， 内部定义 Thread 对象 ，启动方法 start 添加 PostConstruct 注解， 方法内部初始化线程，并启动。在关闭方法 shutdown 添加 PreDestroy 注解，方法内部将线程运行的标志位设置为 true 。

单线程永动机这种方式非常简单易用，在很多中间件、业务系统中得到广泛应用。

2 配置线程名

我们在启动单线程时，一定要给单线程配置线程名， 线程名很重要，线程名很重要，线程名很重要 ，重要的事情说三遍。

因为当我们使用单线程时，特别担心线程阻塞，导致系统出现诡异问题。

而通过线程名，非常容易定位问题，从而大大提升解决问题的效率。

定位的媒介常见有两种：日志文件和堆栈记录。

▍一、日志文件

经常处理业务问题的同学，一定都经常与日志打交道。

• 查看 ERROR 日志，追溯到执行线程， 要是线程池隔离做的好，基本可以判断出哪种业务场景出了问题；
• 通过查看线程打印的日志，推断线程调度是否正常，比如有的定时任务线程打印了开始，没有打印结束，推论当前线程可能已经挂掉或者阻塞。

▍二、堆栈记录

jstack 是 java 虚拟机自带的一种堆栈跟踪工具 ，主要用来查看 Java 线程的调用堆栈，线程快照包含当前 java 虚拟机内每一条线程正在执行的方法堆栈的集合，可以用来分析线程问题。

jstack -l 进程pid

3 应用场景

单线程永动机适用于如下的应用场景：

• 单线程同步数据到静态缓存
• 单线程批量将统计数据写入到数据库
• 单线程监控线程，若异常，则告警

举两个简单的例子：

1、加载数据到静态缓存

笔者曾经负责艺龙红包系统，红包活动信息存储在ConcurrentHashMap 中 ，通过单线程永动机刷新缓存 。

核心流程：

1、红包系统启动后，初始化一个 ConcurrentHashMap 作为红包活动缓存 ；

2、单线程永动机从数据库查询所有的红包活动 , 并将活动信息存储在 Map 中 ;

3、定时任务每隔 30 秒 ，执行缓存加载方法，刷新缓存。

2、单线程批量将统计数据写入到数据库

我们想统计博客网站的文章的浏览数，假如并发量很高，用户每浏览一次 update 一次数据库，数据库的压力会变得极大。

上图，当用户浏览文章时，我们仅仅将文章的浏览记录存储在本地缓存里，然后单线程永动机定时将统计数据同步到数据库。

通过这种方式，数据库的压力变得极小，同时用户的访问会立马返回响应成功，提升了产品的用户体验。

4 进阶版编程范式

创建单线程很简单，但每次创建线程代码显得有点冗余，我们可以学习 RocketMQ 源码里的一种实现方式，它实现了一个抽象类 ServiceThread 。

我们可以看到抽象类中包含了如下核心方法：

1. 定义线程名；
2. 启动线程；
3. 关闭线程。

实现类的编程模版类似 ：

我们仅仅需要继承抽象类，并实现 getServiceName 和 run 方法即可。启动的时候，调用 start 方法 ， 关闭的时候调用 shutdown 方法。

在 run 方法内部，使用抽象类的 waitForRunning 方法实现等待的效果，底层是通过 CountDownLatch 的 wait 方法。

同时 ，在某些场景下，单线程可能需要与其他线程交互，ServiceThread 提供了类似于 wakeUp 唤醒方法。

5 总结

1、单线程永动机的特点：

• 单线程：程序在单一线程上执行，很少涉及并发、多线程等复杂逻辑。

• 永动机：通过无限循环（如 while (true)）保持程序持续运行。

• 控制流：为了避免占用过多系统资源，通常会使用控制手段（如 Thread.sleep()）来暂停操作。

2、我们在启动单线程时，一定要给单线程配置线程名， 线程名很重要，线程名很重要，线程名很重要 ，重要的事情说三遍。

3、笔者曾经在同程艺龙网，使用单线程永动机的模式，加载红包活动数据到本地缓存中，提升系统的性能。

4、创建单线程永动机很简单，但每次创建线程代码显得有点冗余， RocketMQ 里实现了一个抽象类 ServiceThread ，用户只需要实现 getServiceName 和 run 方法即可 ， 同时抽象类 ServiceThread 还提供了 唤醒方法，在某种程度上，可以和其他线程交互。