java实现多线程之定时器任务

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) { // pgVNRQcao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

private TimerTask[] queue = new TimerTask[128];

//任务队列中的任务数

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

TimerTahttp://sk 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。

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