深入了解Java定时器中的Timer的原理

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RwHTne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 taskNamehttp://;

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 finishRwHTneed 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

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