java实现多线程之定时器任务

在Java中Timer是java.util包中的一个工具类，提供了定时器的功能。我们可以创建一个Timer对象，然后调用其schedule方法在某个特定的时间去执行一个特定的任务。并且你可以让其以特定频率一直执行某个任务，这个任务是用TimerTask来描述的，我们只需要将要进行的操作写在TimerTask类的run方法中即可。先附上两个小例子一遍让读者了解什么是定时器。接着再分析其中的一些源码实现。

第一个小例子：

package com.zkn.newlearn.thread; 
 
import java.util.Timer; 
import java.util.TimerTask; 
 
/** 
 * 传统的定时器 
 * Created by zkn on 2016/11/1. 
 */ 
public class TraditionalTimerTest01 { 
 
  public static void main(String[] args){ 
    //TimerTask是Runnable接口的一个实现类是，它是一个抽像类 
    //schedule是一个重载方法：第一个参数TimerTask的实现类。 
    // 第二个参数是第一次执行的时间。 
    // 第三个参数是间隔时间 
    new Timer().schedule(new TimerTask() { 
      @Override 
      public void run() { 
 
        System.out.println("这是一个定时器任务!"); 
      } 
    },1000,2000); 
  } 
} 

第二个小例子：让任务1每隔4秒执行，让任务2每隔2秒执行。依次反复。

package com.zkn.newlearn.thread; 
 
import java.util.Timer; 
import java.util.TimerTask; 
 
/** 
 * Created by zkn on 2016/11/1. 
 */ 
public class TraditionalTimerTest02 { 
 
  public static void main(String[] args){ 
 
    new Timer().schedule(new MyTimerTask01(),4000); 
  } 
 
  private static class MyTimerTask01 extends TimerTask{ 
 
    @Override 
    public void run() { 
      System.out.println("我是TimerTask1，我被执行了!"); 
      new Timer().schedule(new MyTimerTask02(),2000); 
    } 
  } 
 
  private static class MyTimerTask02 extends TimerTask { 
 
    @Override 
    public void run() { 
      System.out.println("我是TimerTask2，我被执行了!"); 
      new Timer().schedule(new MyTimerTask01(),4000); 
    } 
  } 
} 

大家一定会很好奇定时器是怎么执行的？接下来我们来看一下Timer中的主要代码。

private final TaskQueue queue = new TaskQueue(); 
 
/** 
 * The timer thread. 
 */ 
private final TimerThread thread = new TimerThread(queue); 

注意着两段代码是很重要的两段代码。TaskQueue和TimerThread都是Timer的内部类。TaskQueue是一个执行任务的优先队列。TimerThread是一个继承了Thread的线程类。他们两个在定时器中起着至关重要的作用，定时器基本上就是靠这两个类支撑的。 接下来我们来一下Timer的构造方法：

public Timer(String name) { 
  thread.setName(name); 
  thread.start(); 
} 

public Timer() { 
  this("Timer-" + serialNumber()); 
} 

无参的这个构造函数会调用这个有参的构造函数，在这个有参的构造函数中你看到了什么？thread.start()看着是不是很眼熟啊？没错，在new Timer()的时候，就是启动了一个线程。而启动这个线程的对象就是上面的TimerThread！接下来我们来看一下TimerThread的run方法中干了些什么：

public void run() { 
  try { 
    mainLoop(); 
  } finally { 
    // Someone killed this Thread, behave as if Timer cancelled 
    synchronized(queue) { 
      newTasksMayBeScheduled = false; 
      queue.clear(); // Eliminate obsolete references 
    } 
  } 
} 

这个run方法中主要是干了两件事：一：调用mainLoop()这个死循环的方法，我们在下面会详细分析；二：finally代码块终止定时任务。终止定时任务的这个没什么说的，我们主要来看一下mainLoop()这个方法。

private void mainLoop() { 
  while (true) { // 开始死循环 
    try { 
      TimerTask task; 
      boolean taskFired; 
      synchronized(queue) { 
        // 如果任务队列中为空并且定时任务没有被取消话，线程被挂起 等待执行任务的到来 
        while (queue.isEmpty() && newTasksMayBeScheduled) 
          queue.wait(); 
        if (queue.isEmpty()) 
          break; // 如果任务队列中没有任务了，则结束循环结束任务 
 
        // 如果队列中有执行任务的话，接着往下走 
        long currentTime, executionTime; 
        task = queue.getMin(); 
        synchronized(task.lock) { 
          if (task.state == TimerTask.CANCELLED) { 
            queue.removeMin(); 
            continue; // 如果执行任务被取消的话 则移除当前任务。这里会重新排队列里的任务执行顺序 
          } 
          currentTime = System.currentTimeMillis(); 
          executionTime = task.nextExecutionTime; 
          if (taskFired = (executionTime<=currentTime)) { 
            if (task.period == 0) { // 如果只执行一次的话，则在执行完之后，结束执行任务 
              queue.removeMin(); 
              task.state = TimerTask.EXECUTED; 
            } else { // 如果是固定频率执行任务的话，则计算下次执行的时间 
              queue.rescheduleMin( 
               task.period<0 ? currentTime  - task.period 
                      : executionTime + task.period); 
            } 
          } 
        } 
        if (!taskFired) // 不到任务执行的时候 等待线程调用 
          queue.wait(executionTime - currentTime); 
      } 
      if (taskFired) // 任务执行时间到，调用任务的run方法，执行任务 
        task.run(); 
    } catch(InterruptedException e) { 
    } 
  } 
} 

这个类比较长，具体的执行操作我在注释里都标注了。这个类基本上干了这样几件事：循环调用任务队列中的任务，执行队列中的任务。执行任务是什么时候放到执行队列中的呢?在schedule方法。我们来看看schedule的实现：

public void schedule(TimerTask task, long delay, long period) { 
  if (delay < 0) // 如果第一次执行的时间小于0 抛出异常 
    throw new IllegalArgumentException("Negative delay."); 
  if (period <= 0) //间隔时间小于等于 0 抛出异常 
    throw new IllegalArgumentException("Non-positive period."); 
  sched(task, System.currentTimeMillis()+delay, -period); 
} 

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.这个间隔时间到死基本上也执行不到 
  if (Math.abs(period) > (Long.MAX_VALUE >> 1)) 
    period >>= 1; 
 
  synchronized(queue) { 
    if (!thread.newTasksMayBeScheduled) //在任务的执行方法中 如果定时任务已经被取消的话 则抛出异常 
      throw new IllegalStateException("Timer already cancelled."); 
 
    synchronized(task.lock) { //object对象锁 
      if (task.state != TimerTask.VIRGIN) // 刚开是执行任务的时候 任务的状态应该是0的 
        throw new IllegalStateException( 
          "Task already scheduled or cancelled"); 
      task.nextExecutionTime = time; //下次执行时间 在上面的mainLoop方法中有用到 
      task.period = period; //设置任务的间隔时间，在上面的mainLoop方法中有用到 
      task.state = TimerTask.SCHEDULED; // 调度方法被调用 设置定时任务的状态为 已调度未执行 
    } 
 
    queue.add(task); //把执行任务加入到任务队列中 
    if (queue.getMin() == task) 
      queue.notify(); // 如果任务队列中的第一个任务为当前任务的话，则把当前任务放入到等锁池中 等待执行 
  } 
} 

shedule这个方法做的事情比较简单。最主要的作用是把TimerTask放到任务队列中。

下面我们大致看一下TaskQueue的代码：

  class TaskQueue { 
  //定义一个TimerTask的堆数组 <span style="white-space:pre">  </span> 
  private TimerTask[] queue = new TimerTask[128]; 
 
  //任务队列中的任务数<span style="white-space:pre"> </span> 
  private int size = 0; 
 
 
  int size() { 
    return size; 
  } 
 
  //添加任务到优先队列中 如果数组的长度不够的话会扩展数组 
  void add(TimerTask task) { 
    // Grow backing store if necessary 
    if (size + 1 == queue.length) 
      queue = Arrays.copyOf(queue, 2*queue.length); 
 
    queue[++size] = task; 
    fixUp(size); 
  } 
 
  //获取优先执行的任务 
  TimerTask getMin() { 
    return queue[1]; 
  } 
 
   
  TimerTask get(int i) { 
    return queue[i]; 
  } 
  //移除掉排在第一位的不能执行的任务 
  void removeMin() { 
    queue[1] = queue[size]; 
    queue[size--] = null; // Drop extra reference to prevent memory leak 把对象置空 等待gc回收 
    fixDown(1); 
  } 
 
  //删除任务队列队列中的任务 这里用来一个断言 来判断 i 不能大于 size 
  void quickRemove(int i) { 
    assert i <= size; 
 
    queue[i] = queue[size]; 
    queue[size--] = null; // Drop extra ref to prevent memory leak 
  } 
 
  //重新设置优先执行任务的执行时间 并对任务队列进行重新排序 以确保最优先的任务 优先被执行 
  void rescheduleMin(long newTime) { 
    queue[1].nextExecutionTime = newTime; 
    fixDown(1); 
  } 
 
 
  boolean isEmpty() { 
    return size==0; 
  } 
 
  //清空任务队列 定时任务结束  
  void clear() { 
    // Null out task references to prevent memory leak 
    for (int i=1; i<=size; i++) 
      queue[i] = null; 
 
    size = 0; 
  } 
 
  //两个堆排序 选出最优先的执行任务 
  private void fixUp(int k) { 
    while (k > 1) { 
      int j = k >> 1; 
      if (queue[j].nextExecutionTime <= queue[k].nextExecutionTime) 
        break; 
      TimerTask tmp = queue[j]; queue[j] = queue[k]; queue[k] = tmp; 
      k = j; 
    } 
  } 
 
  private void fixDown(int k) { 
    int j; 
    while ((j = k << 1) <= size && j > 0) { 
      if (j < size && 
        queue[j].nextExecutionTime > queue[j+1].nextExecutionTime) 
        j++; // j indexes smallest kid 
      if (queue[k].nextExecutionTime <= queue[j].nextExecutionTime) 
        break; 
      TimerTask tmp = queue[j]; queue[j] = queue[k]; queue[k] = tmp; 
      k = j; 
    } 
  } 
 
  void heapify() { 
    for (int i = size/2; i >= 1; i--) 
      fixDown(i); 
  } 
} 

OK，到这里定时任务的源码大致分析完毕。

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持。

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