深入了解Java定时器中的Timer的原理

目录

• 主要成员变量
• 定时功能
• TimerThread
• 结论
• Demo代码位置

Java在1.3版本引入了Timer工具类，它是一个古老的定时器，搭配TimerTask和TaskQueue一起使用。从Java5开始在并发包中引入了另一个定时器
ScheduledThreadPoolExecutor，它对Timer做了很多改进并提供了更多的工具，可以认为是对Timer的取代。

那为什么还要介绍Timer工具类呢？通过了解Timer的功能和它背后的原理，有助于我们更好的对比了解
ScheduledThreadPoolExecutor，同时ScheduledThreadPoolExecutor的一些改进思想在我们平时的编码工作中也可以借鉴。

主要成员变量

Timer中用到的主要是两个成员变量：

• TaskQueue：一个按照时间优先排序的队列，这里的时间是每个定时任务下一次执行的毫秒数（相对于1970年1月1日而言）
• TimerThread：对TaskQueue里面的定时任务进行编排和触发执行，它是一个内部无限循环的线程。

//根据时间进行优先排序的队列    
private final TaskQueue queue = new TaskQueue();

//消费线程，对queue中的定时任务进行编排和执行
private final TimerThread thread = new TimerThread(queue);

//构造函数
public Timer(String name) {
        thread.setName(name);
        thread.start();
}

定时功能

Timer提供了三种定时模式：

• 一次性任务
• 按照固定的延迟执行（fixed delay）
• 按照固定的周期执行（fixed rate）

第一种比较好理解，即任务只执行一次；针对第一种，Timer提供了以下两个方法：

//在当前时间往后delay个毫秒开始执行
public void schedule(TimerTask task, long delay) {...}
//在指定的time时间点执行
public void schedule(TimerTask task, Date time) {...}

第二种Fixed Delay模式也提供了以下两个方法

//从当前时间开始delay个毫秒数开始定期执行，周期是period个毫秒数
public void schedule(TimerTask task, long delay, long period) {...}
////从指定的firstTime开始定期执行，往后每次执行的周期是period个毫秒数
public void schedule(TimerTask task, Date firstTime, long period){...}

它的工作方式是：

第一次执行的时间将按照指定的时间点执行(如果此时TimerThread不在执行其他任务)，如有其他任务在执行，那就需要等到其他任务执行完成才能执行。

从第二次开始，每次任务的执行时间是上一次任务开始执行的时间加上指定的period毫秒数。

如何理解呢，我们还是看代码

public static void main(String[] args) {
        TimerTask task1 = new DemoTimerTask("Task1");
        TimerTask task2 = new DemoTimerTask("Task2");
        Timer timer = new Timer();
        timer.schedule(task1, 1000, 5000);
        timer.schedule(task2, 1000, 5000);
}
    
static class DemoTimerTask extends TimerTask {
        private String taskName;
        private DateFormat df = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss---");
        
        public DemoTimerTask(String taskName) {
            this.taskName = taskName;
        }
        
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(df.format(new Date()) + taskName + " is working.");
            try {
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(df.format(new Date()) + taskName + " finished work.");
        }
}

task1和task2是几乎同时执行的两个任务，而且执行时长都是2秒钟，如果此时我们把第六行注掉不执行，我们将得到如下结果（和第三种Fixed Rate模式结果相同）：

13:42:58---Task1 is working.
13:43:00---Task1 finished work.
13:43:03---Task1 is working.
13:43:05---Task1 finished work.
13:43:08---Task1 is working.
13:43:10---Task1 finished work.

如果打开第六行，我们再看下两个任务的执行情况。我们是期望两个任务能够同时执行，但是Task2是在Task1执行完成后才开始执行（原因是TimerThread是单线程的，每个定时任务的执行也在该线程内完成，当多个任务同时需要执行时，只能是阻塞了），从而导致Task2第二次执行的时间是它上一次执行的时间（13:43:57）加上5秒钟（13:44:02）。

13:43:55---Task1 is working.
13:43:57---Task1 finished work.
13:43:57---Task2 is working.
13:43:59---Task2 finished work.
13:44:00---Task1 is working.
13:44:02---Task1 finished work.
13:44:02---Task2 is working.
13:44:04---Task2 finished work.

那如果此时还有个Task3也是同样的时间点和间隔执行会怎么样呢？

结论是：也将依次排队，执行的时间依赖两个因素：

1.上次执行的时间

2.期望执行的时间点上有没有其他任务在执行，有则只能排队了

我们接下来看下第三种Fixed Rate模式，我们将上面的代码稍作修改：

public static void main(String[] args) {
        TimerTask task1 = new DemoTimerTask("Task1");
        TimerTask task2 = new DemoTimerTask("Task2");
        
        Timer timer = new Timer();
        timer.scheduleAtFixedRate(task1, 1000, 5000);
        timer.scheduleAtFixedRate(task2, 1000, 5000);
}
    
static class DemoTimerTask extends TimerTask {
        private String taskName;
        private DateFormat df = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss---");
        
        public DemoTimerTask(String taskName) {
            this.taskName = taskName;
        }
        
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(df.format(new Date()) + taskName + " is working.");
            try {
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(df.format(new Date()) + taskName + " finished work.");
        }
}

Task1和Task2还是在相同的时间点，按照相同的周期定时执行任务，我们期望Task1能够每5秒定时执行任务，期望的时间点是：14:21:47-14:21:52-14:21:57-14:22:02-14:22:07，实际上它能够交替着定期执行，原因是Task2也会定期执行，并且对TaskQueue的锁他们是交替着拿的（这个在下面分析TimerThread源码的时候会讲到）

14:21:47---Task1 is working.
14:21:49---Task1 finished work.
14:21:49---Task2 is working.
14:21:51---Task2 finished work.
14:21:52---Task2 is working.
14:21:54---Task2 finished work.
14:21:54---Task1 is working.
14:21:56---Task1 finished work.
14:21:57---Task1 is working.
14:21:59---Task1 finished work.
14:21:59---Task2 is working.
14:22:01---Task2 finished work.

TimerThread

上面我们主要讲了Timer的一些主要源码及定时模式，下面我们来分析下支撑Timer的定时任务线程TimerThread。

TimerThread大概流程图如下：

TimerThread流程

源码解释如下：

private void mainLoop() {
        while (true) {
            try {
                TimerTask task;
                boolean taskFired;
                synchronized(queue) {
                    // 如果queue里面没有要执行的任务，则挂起TimerThread线程
                    while (queue.isEmpty() && newTasksMayBeScheduled)
                        queue.wait();
                    // 如果TimerThread被激活，queue里面还是没有任务，则介绍该线程的无限循环，不再接受新任务
                    if (queue.isEmpty())
                        break; 

                    long currentTime, executionTime;
                    // 获取queue队列里面下一个要执行的任务（根据时间排序，也就是接下来最近要执行的任务）
                    task = queue.getMin();
                    synchronized(task.lock) {
                        if (task.state == TimerTask.CANCELLED) {
                            queue.removeMin();
                            continue;  // No action required, poll queue again
                        }
                        currentTime = System.currentTimeMillis();
                        executionTime = task.nextExecutionTime;
                        // taskFired表示是否需要立刻执行线程，当task的下次执行时间到达当前时间点时为true
                        if (taskFired = (executionTime<=currentTime)) {
                            //task.period==0表示这个任务只需要执行一次，这里就从queue里面删掉了
                            if (task.period == 0) { 
                                queue.removeMin();
                                task.state = TimerTask.EXECUTED;
                            } else { // Repeating task, reschedule
                                //针对task.period不等于0的任务，则计算它的下次执行时间点
                                //task.period<0表示是fixed delay模式的任务
                                //task.period>0表示是fixed rate模式的任务
                                queue.rescheduleMin(
                                  task.period<0 ? currentTime   - task.period
                                                : executionTime + task.period);
                            }
                        }
                    }
                    // 如果任务的下次执行时间还没有到达，则挂起TimerThread线程executionTime - currentTime毫秒数，到达执行时间点再自动激活
                    if (!taskFired) 
                        queue.wait(executionTime - currentTime);
                }
                // 如果任务的下次执行时间到了，则执行任务
                // 注意：这里任务执行没有另起线程，还是在TimerThread线程执行的，所以当有任务在同时执行时会出现阻塞
                if (taskFired)  
                    // 这里没有try catch异常，当TimerTask抛出异常会导致整个TimerThread跳出循环，从而导致Timer失效
                    task.run();
            } catch(InterruptedException e) {
            }
        }
}

结论

通过上面的分析，我们可以得出以下结论：

• Timer支持三种模式的定时任务（一次性任务，Fixed Delay模式，Fixed Rate模式）
• Timer中的TimerThread是单线程模式，因此导致所有定时任务不能同时执行，可能会出现延迟
• TimerThread中并没有处理好任务的异常，因此每个TimerTask的实现必须自己try catch防止异常抛出，导致Timer整体失效

Demo代码位置

TimerFixedRateDemo.java

TimerFixedDelayDemo.java

到此这篇关于深入了解Java定时器中的Timer的原理的文章就介绍到这了,更多相关Java Timer原理内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！