java定时器之Timer使用与原理分析

Timer和TimerTask

Timer是jdk中提供的一个定时器工具，使用的时候会在主线程之外起一个单独的线程执行指定的计划任务，可以指定执行一次或者反复执行多次。

TimerTask是一个实现了Runnable接口的抽象类，代表一个可以被Timer执行的任务。

【使用举例】

【schedule(TimerTask task, long delay) 延迟 delay 毫秒 执行】

public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10; ++i) {
            new Timer("timer - " + i).schedule(new TimerTask() {
                @Override
                public void run() {
                    println(Thread.currentThread().getName() + " run ");
                }
            }, 1000);
        }
    }

【schedule(TimerTask task, Date time) 特定时间执行】

public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10; ++i) {
            new Timer("timer - " + i).schedule(new TimerTask() {
                @Override
                public void run() {
                    println(Thread.currentThread().getName() + " run ");
                }
            }, new Date(System.currentTimeMillis() + 2000));
        }
    }

【schedule(TimerTask task, long delay, long period) 延迟 delay 执行并每隔period 执行一次】

public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10; ++i) {
            new Timer("timer - " + i).schedule(new TimerTask() {
                @Override
                public void run() {
                    println(Thread.currentThread().getName() + " run ");
                }
            }, 2000 , 3000);
        }
    }

【原理分析】

timer底层是把一个个任务放在一个TaskQueue中，TaskQueue是以平衡二进制堆表示的优先级队列，他是通过nextExecutionTime进行优先级排序的，距离下次执行时间越短优先级越高，通过getMin()获得queue[1]

并且出队的时候通过synchronized保证线程安全，延迟执行和特定时间执行的底层实现类似，源码如下：

private void sched(TimerTask task, long time, long period) {
        if (time < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal execution time.");

        // Constrain value of period sufficiently to prevent numeric
        // overflow while still being effectively infinitely large.
        if (Math.abs(period) > (Long.MAX_VALUE >> 1))
            period >>= 1;

        synchronized(queue) {
            if (!thread.newTasksMayBeScheduled)
                throw new IllegalStateException("Timer already cancelled.");

            synchronized(task.lock) {
                if (task.state != TimerTask.VIRGIN)
                    throw new IllegalStateException(
                        "Task already scheduled or cancelled");
                task.nextExecutionTime = time;
                task.period = period;
                task.state = TimerTask.SCHEDULED;
            }

            queue.add(task);
            if (queue.getMin() == task) // 如果当前任务处于队列的第一个说明轮到这个任务执行了
                queue.notify();
        }
    }

我们主要来看下周期性调度通过什么方式实现的，我们直接来分析源码如下：

private void mainLoop() {
  // 首先一直监听队列中有没有任务
        while (true) {
            try {
                TimerTask task;
                boolean taskFired;
    // 同步，保证任务执行顺序
                synchronized(queue) {
                    // Wait for queue to become non-empty
                    while (queue.isEmpty() && newTasksMayBeScheduled)
                        queue.wait();
                    if (queue.isEmpty())
                        break; // Queue is empty and will forever remain; die

                    // Queue nonempty; look at first evt and do the right thing
                    long currentTime, executionTime;
     // 获取优先级最高的任务
                    task = queue.getMin();
                    synchronized(task.lock) {
                        if (task.state == TimerTask.CANCELLED) {
                            queue.removeMin();
                            continue; // No action required, poll queue again
                        }
                        currentTime = System.currentTimeMillis();
      // 获取任务下次执行时间
                        executionTime = task.nextExecutionTime;
                        if (taskFired = (executionTime<=currentTime)) {
       // 到这里是延迟执行和特定时间点执行已经结束了，状态标记为EXECUTED,周期性执行继续往下走
                            if (task.period == 0) { // Non-repeating, remove
                                queue.removeMin();
                                task.state = TimerTask.EXECUTED;
                            } else { // Repeating task, reschedule
        // 这里他又重新计算了下下个任务的执行，并且任务还在队列中
                                queue.rescheduleMin(
                                  task.period<0 ? currentTime - task.period
                                                : executionTime + task.period);
                            }
                        }
                    }
     // 如果任务执行时间大于当前时间说明任务还没点，继续等，否则执行run代码块
                    if (!taskFired) // Task hasn't yet fired; wait
                        queue.wait(executionTime - currentTime);
                }
                if (taskFired) // Task fired; run it, holding no locks
                    task.run();
            } catch(InterruptedException e) {
            }
        }
    }
}

这种定时器适合单点或者多台同时执行互不影响的场景

【缺点】

1、首先Timer对调度的支持是基于绝对时间的，而不是相对时间，所以它对系统时间的改变非常敏感。

2、其次Timer线程是不会捕获异常的，如果TimerTask抛出的了未检查异常则会导致Timer线程终止，同时Timer也不会重新恢复线程的执行，他会错误的认为整个Timer线程都会取消。同时，已经被安排单尚未执行的TimerTask也不会再执行了，新的任务也不能被调度。故如果TimerTask抛出未检查的异常，Timer将会产生无法预料的行为

3、Timer在执行定时任务时只会创建一个线程任务，如果存在多个线程，若其中某个线程因为某种原因而导致线程任务执行时间过长，超过了两个任务的间隔时间，会导致下一个任务执行时间滞后

这些缺点可以通过ScheduledExecutorService来代替