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@JK447

Java Gold ScheduledExecutorServiceのまとめ

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Last updated at Posted at 2024-11-08

はじめに

Java Gold (SE 11 / SE 17) 試験における 「並列処理」章 は、Stream APIに次いで出題比率が高い分野です。中でも ScheduledExecutorService は、scheduleAtFixedRate と scheduleWithFixedDelay の挙動の違いや、例外発生時の振る舞いなど 細かい仕様を問う問題 が頻繁に出題されます。
:::

1. 位置付け ── Executor階層での立ち位置

まず ScheduledExecutorService がどこに属するインタフェースかを整理します。試験ではインタフェースの継承関係が問われることがあります。

Executor                    ← execute(Runnable) のみ
  └─ ExecutorService         ← submit, shutdown, invokeAll など
       └─ ScheduledExecutorService  ← schedule, scheduleAtFixedRate など

試験で覚えておくこと

  • ScheduledExecutorService は ExecutorService を継承している
  • したがって submit() / shutdown() / invokeAll() などもすべて使える
  • Executor は execute(Runnable) しか持たない最上位インタフェース

2. インスタンス生成 ── Executorsファクトリメソッド

インスタンスは直接コンストラクタを呼ばず、Executors クラスのファクトリメソッド で生成します。

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;

// スレッド数を指定
ScheduledExecutorService s1 = Executors.newScheduledThreadPool(2);

// シングルスレッド版
ScheduledExecutorService s2 = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();

試験で混同しやすいファクトリメソッド

メソッド 戻り値 用途
newFixedThreadPool(n) ExecutorService 固定サイズのプール（スケジュール不可）
newCachedThreadPool() ExecutorService 必要に応じて伸縮（スケジュール不可）
newSingleThreadExecutor() ExecutorService 1スレッドのみ（スケジュール不可）
newScheduledThreadPool(n) ScheduledExecutorService スケジュール実行可
newSingleThreadScheduledExecutor() ScheduledExecutorService 1スレッドでスケジュール実行

newScheduledThreadPool と newSingleThreadScheduledExecutor だけがスケジュール機能を持つ。他のファクトリメソッドで返る ExecutorService に対して schedule() を呼ぼうとするとコンパイルエラー。

3. 3つのscheduleメソッド ── 挙動の違いを正確に押さえる

JavaGoldで最も問われるのがこの3メソッドの使い分けです。

メソッドシグネチャ一覧

// ① 一度だけ実行（Runnable版）
ScheduledFuture<?> schedule(Runnable command, long delay, TimeUnit unit);

// ① 一度だけ実行（Callable版）
<V> ScheduledFuture<V> schedule(Callable<V> callable, long delay, TimeUnit unit);

// ② 固定レート（開始時刻を基準）
ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(
    Runnable command, long initialDelay, long period, TimeUnit unit);

// ③ 固定遅延（前タスクの終了時刻を基準）
ScheduledFuture<?> scheduleWithFixedDelay(
    Runnable command, long initialDelay, long delay, TimeUnit unit);

戻り値はすべて ScheduledFuture<?>（Callable版だけ ScheduledFuture<V>）
void ではない。戻り値で cancel() や isDone() が呼べる。試験で「戻り値は何か」が問われる。

scheduleAtFixedRate vs scheduleWithFixedDelay ── 決定的な違い

ここが一番よく試験で出ます。図で理解しておきましょう。

【scheduleAtFixedRate(task, 0, 5s)】 ── 開始時刻が5秒間隔
時刻:    0       5       10      15
タスク: [==実行==][=実行=][==実行==][実行]
        ↑       ↑       ↑        ↑
       開始    開始     開始      開始  ← 開始から開始までが period

【scheduleWithFixedDelay(task, 0, 5s)】 ── 終了〜開始が5秒間隔
時刻:    0       8       13      21
タスク: [==実行==] 5s [==実行==] 5s [==実行==]
               ↑          ↑          ↑
              待機        待機        待機  ← 終了から開始までが delay

重要な落とし穴: scheduleAtFixedRate でタスクが period より長くかかる場合

仕様上、前のタスクの実行が終わってから次のタスクが開始される（並列実行はされない）。
つまりタスクが10秒かかるのに period=5秒 を指定しても、5秒おきには実行されず「終わり次第すぐ次」になる。

公式ドキュメントより:

If any execution of this task takes longer than its period, then subsequent executions may start late, but will not concurrently execute.
─ ScheduledExecutorService JavaDoc

4. 【最重要】例外発生時の挙動

JavaGoldで ほぼ必ず出題される のがこのポイントです。

定期実行タスクで未捕捉の例外が発生すると、以降の実行は停止する

公式ドキュメントにも明記されている動作:

  • タスクが例外をスロー → そのタスクの ScheduledFuture は完了状態になる
  • 以降の定期実行は抑制される（停止する）
  • 例外が起きたことはプログラム側には自動的に通知されない（気付かないまま止まる）

危険なコード例

ScheduledExecutorService scheduler = Executors.newScheduledThreadPool(1);

scheduler.scheduleAtFixedRate(() -> {
    System.out.println("Running...");
    if (Math.random() < 0.3) {
        throw new RuntimeException("たまに失敗する");  // ← ここで例外
    }
}, 0, 1, TimeUnit.SECONDS);

// ある瞬間に例外が飛ぶと、それ以降何も出力されなくなる

正しい書き方 ── タスク内で例外を握りつぶす

scheduler.scheduleAtFixedRate(() -> {
    try {
        // 本来の処理
        doSomething();
    } catch (Throwable t) {
        // ログに出すなどして例外を握りつぶし、定期実行を継続させる
        t.printStackTrace();
    }
}, 0, 1, TimeUnit.SECONDS);

試験のひっかけパターン

  • 「このコードは無限に実行され続ける」→ 例外が飛べば止まる
  • 「例外がキャッチされないと main メソッドに伝播する」→ 別スレッドなので伝播しない
  • 「例外の内容はどこで確認できるか」→ 戻り値の ScheduledFuture に対して get() を呼ぶと ExecutionException でラップされて取れる

5. shutdown ── 呼ばないとJVMが終了しない

これも頻出の落とし穴です。

public static void main(String[] args) {
    ScheduledExecutorService s = Executors.newScheduledThreadPool(1);
    s.schedule(() -> System.out.println("Hello"), 1, TimeUnit.SECONDS);
    // shutdown() を呼ばないと、main が終わってもJVMが終わらない
}

理由: スレッドプール内のスレッドは 非デーモンスレッド として生成される。非デーモンスレッドが1つでも生きていると、JVMは終了しない。

shutdown / shutdownNow / awaitTermination

メソッド 挙動
shutdown() 新規タスクの受付を停止。実行中・待機中のタスクは完了まで待つ。ブロックしない
shutdownNow() 新規受付停止 + 待機中タスクを返す + 実行中タスクに割り込み（interrupt）
awaitTermination(timeout, unit) shutdownが完了するまで最大timeoutだけ待機。boolean を返す
isShutdown() shutdown() が呼ばれたか
isTerminated() すべてのタスクが完了したか

試験で出るshutdownのパターン

ScheduledExecutorService s = Executors.newScheduledThreadPool(2);

// 定期タスクを登録
s.scheduleAtFixedRate(task, 0, 1, TimeUnit.SECONDS);

s.shutdown();                              // ← この時点ではまだ定期タスクが動き続ける？
boolean done = s.awaitTermination(5, TimeUnit.SECONDS);
if (!done) {
    s.shutdownNow();                       // タイムアウトしたら強制停止
}

よくある誤解

  • shutdown() を呼んでもスケジュール済み・実行待ちのタスクは実行される
  • 「すぐに止まる」は誤り。止めたいなら shutdownNow()
  • ただし shutdownNow() でも、割り込みに反応しないタスクは止まらない

6. ScheduledFuture ── 戻り値を活用する

schedule 系メソッドの戻り値 ScheduledFuture<?> を使うと、タスクのキャンセルや結果取得ができます。

ScheduledFuture<?> handle = scheduler.scheduleAtFixedRate(
    () -> System.out.println("beep"), 0, 1, TimeUnit.SECONDS);

// 10秒後にキャンセル
scheduler.schedule(
    () -> handle.cancel(false),  // false: 実行中でも割り込まない
    10, TimeUnit.SECONDS);

Future と ScheduledFuture の継承関係

Future<V>           ← get, cancel, isDone, isCancelled
  └─ ScheduledFuture<V>  ← getDelay も使える
        └─ RunnableScheduledFuture<V>  ← run メソッドを持つ

覚えておくべきメソッド

  • cancel(boolean mayInterruptIfRunning) ── キャンセル。引数で「実行中でも割り込むか」を指定
  • get() ── 結果を待機して取得（Callable版）。例外は ExecutionException でラップされる
  • isDone() ── 完了（正常・例外・キャンセルいずれも含む）
  • getDelay(TimeUnit unit) ── 次の実行までの残り時間

7. Runnable vs Callable ── scheduleで渡せるもの

schedule() にはRunnableもCallableも渡せますが、違いを押さえておきます。

// Runnable版 ── 戻り値なし
ScheduledFuture<?> f1 = scheduler.schedule(
    () -> System.out.println("run"),
    1, TimeUnit.SECONDS);
f1.get();  // → 常に null

// Callable版 ── 戻り値あり
ScheduledFuture<Integer> f2 = scheduler.schedule(
    () -> 42,  // Callable<Integer>
    1, TimeUnit.SECONDS);
Integer result = f2.get();  // → 42

scheduleAtFixedRate / scheduleWithFixedDelay はRunnableのみ

定期実行系のメソッドはCallableを受け付けない（毎回の戻り値を返す方法がないため）。試験でたまに「Callableを渡せるのはどれか」と問われる。

8. 関連クラスとの関係 ── 並列処理章の全体像

試験では ScheduledExecutorService 単体ではなく、並列処理の他のクラスと絡めて問われることがあります。

分類 クラス/インタフェース 用途
タスク定義 Runnable / Callable<V> 実行するタスク
基本実行 ExecutorService スレッドプールでタスク実行
スケジュール ScheduledExecutorService 遅延・定期実行
結果受取 Future<V> / ScheduledFuture<V> 非同期結果の取得・キャンセル
同期 CountDownLatch 指定回数のカウントダウンを待つ
同期 CyclicBarrier 全スレッドが集合するまで待つ
コレクション ConcurrentHashMap スレッドセーフなMap
コレクション CopyOnWriteArrayList 読み多・書き少向けList

参考リンク

試験公式

Java公式ドキュメント

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