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。

来源：http://www.jianshu.com/p/85b45df6d967#