深入了解Java定時器中的Timer的原理
Java在1.3版本引入了Timer工具類,它是一個古老的定時器,搭配TimerTask和TaskQueue一起使用。從Java5開始在并發(fā)包中引入了另一個定時器
ScheduledThreadPoolExecutor,它對Timer做了很多改進并提供了更多的工具,可以認為是對Timer的取代。
那為什么還要介紹Timer工具類呢?通過了解Timer的功能和它背后的原理,有助于我們更好的對比了解
ScheduledThreadPoolExecutor,同時ScheduledThreadPoolExecutor的一些改進思想在我們平時的編碼工作中也可以借鑒。
主要成員變量
Timer中用到的主要是兩個成員變量:
- TaskQueue:一個按照時間優(yōu)先排序的隊列,這里的時間是每個定時任務下一次執(zhí)行的毫秒數(shù)(相對于1970年1月1日而言)
- TimerThread:對TaskQueue里面的定時任務進行編排和觸發(fā)執(zhí)行,它是一個內部無限循環(huán)的線程。
//根據(jù)時間進行優(yōu)先排序的隊列 private final TaskQueue queue = new TaskQueue(); //消費線程,對queue中的定時任務進行編排和執(zhí)行 private final TimerThread thread = new TimerThread(queue); //構造函數(shù) public Timer(String name) { thread.setName(name); thread.start(); }
定時功能
Timer提供了三種定時模式:
- 一次性任務
- 按照固定的延遲執(zhí)行(fixed delay)
- 按照固定的周期執(zhí)行(fixed rate)
第一種比較好理解,即任務只執(zhí)行一次;針對第一種,Timer提供了以下兩個方法:
//在當前時間往后delay個毫秒開始執(zhí)行 public void schedule(TimerTask task, long delay) {...} //在指定的time時間點執(zhí)行 public void schedule(TimerTask task, Date time) {...}
第二種Fixed Delay模式也提供了以下兩個方法
//從當前時間開始delay個毫秒數(shù)開始定期執(zhí)行,周期是period個毫秒數(shù) public void schedule(TimerTask task, long delay, long period) {...} ////從指定的firstTime開始定期執(zhí)行,往后每次執(zhí)行的周期是period個毫秒數(shù) public void schedule(TimerTask task, Date firstTime, long period){...}
它的工作方式是:
第一次執(zhí)行的時間將按照指定的時間點執(zhí)行(如果此時TimerThread不在執(zhí)行其他任務),如有其他任務在執(zhí)行,那就需要等到其他任務執(zhí)行完成才能執(zhí)行。
從第二次開始,每次任務的執(zhí)行時間是上一次任務開始執(zhí)行的時間加上指定的period毫秒數(shù)。
如何理解呢,我們還是看代碼
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是幾乎同時執(zhí)行的兩個任務,而且執(zhí)行時長都是2秒鐘,如果此時我們把第六行注掉不執(zhí)行,我們將得到如下結果(和第三種Fixed Rate模式結果相同):
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.
如果打開第六行,我們再看下兩個任務的執(zhí)行情況。我們是期望兩個任務能夠同時執(zhí)行,但是Task2是在Task1執(zhí)行完成后才開始執(zhí)行(原因是TimerThread是單線程的,每個定時任務的執(zhí)行也在該線程內完成,當多個任務同時需要執(zhí)行時,只能是阻塞了),從而導致Task2第二次執(zhí)行的時間是它上一次執(zhí)行的時間(13:43:57)加上5秒鐘(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.
那如果此時還有個Task3也是同樣的時間點和間隔執(zhí)行會怎么樣呢?
結論是:也將依次排隊,執(zhí)行的時間依賴兩個因素:
1.上次執(zhí)行的時間
2.期望執(zhí)行的時間點上有沒有其他任務在執(zhí)行,有則只能排隊了
我們接下來看下第三種Fixed Rate模式,我們將上面的代碼稍作修改:
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還是在相同的時間點,按照相同的周期定時執(zhí)行任務,我們期望Task1能夠每5秒定時執(zhí)行任務,期望的時間點是:14:21:47-14:21:52-14:21:57-14:22:02-14:22:07,實際上它能夠交替著定期執(zhí)行,原因是Task2也會定期執(zhí)行,并且對TaskQueue的鎖他們是交替著拿的(這個在下面分析TimerThread源碼的時候會講到)
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
上面我們主要講了Timer的一些主要源碼及定時模式,下面我們來分析下支撐Timer的定時任務線程TimerThread。
TimerThread大概流程圖如下:
TimerThread流程
源碼解釋如下:
private void mainLoop() { while (true) { try { TimerTask task; boolean taskFired; synchronized(queue) { // 如果queue里面沒有要執(zhí)行的任務,則掛起TimerThread線程 while (queue.isEmpty() && newTasksMayBeScheduled) queue.wait(); // 如果TimerThread被激活,queue里面還是沒有任務,則介紹該線程的無限循環(huán),不再接受新任務 if (queue.isEmpty()) break; long currentTime, executionTime; // 獲取queue隊列里面下一個要執(zhí)行的任務(根據(jù)時間排序,也就是接下來最近要執(zhí)行的任務) 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表示是否需要立刻執(zhí)行線程,當task的下次執(zhí)行時間到達當前時間點時為true if (taskFired = (executionTime<=currentTime)) { //task.period==0表示這個任務只需要執(zhí)行一次,這里就從queue里面刪掉了 if (task.period == 0) { queue.removeMin(); task.state = TimerTask.EXECUTED; } else { // Repeating task, reschedule //針對task.period不等于0的任務,則計算它的下次執(zhí)行時間點 //task.period<0表示是fixed delay模式的任務 //task.period>0表示是fixed rate模式的任務 queue.rescheduleMin( task.period<0 ? currentTime - task.period : executionTime + task.period); } } } // 如果任務的下次執(zhí)行時間還沒有到達,則掛起TimerThread線程executionTime - currentTime毫秒數(shù),到達執(zhí)行時間點再自動激活 if (!taskFired) queue.wait(executionTime - currentTime); } // 如果任務的下次執(zhí)行時間到了,則執(zhí)行任務 // 注意:這里任務執(zhí)行沒有另起線程,還是在TimerThread線程執(zhí)行的,所以當有任務在同時執(zhí)行時會出現(xiàn)阻塞 if (taskFired) // 這里沒有try catch異常,當TimerTask拋出異常會導致整個TimerThread跳出循環(huán),從而導致Timer失效 task.run(); } catch(InterruptedException e) { } } }
結論
通過上面的分析,我們可以得出以下結論:
- Timer支持三種模式的定時任務(一次性任務,F(xiàn)ixed Delay模式,F(xiàn)ixed Rate模式)
- Timer中的TimerThread是單線程模式,因此導致所有定時任務不能同時執(zhí)行,可能會出現(xiàn)延遲
- TimerThread中并沒有處理好任務的異常,因此每個TimerTask的實現(xiàn)必須自己try catch防止異常拋出,導致Timer整體失效
Demo代碼位置
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