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java-並發-Timer和TimerTask

黄舟

Jan 19, 2017 am 11:43 AM

Timer來講就是一個調度器,而TimerTask呢只是一個實作了run方法的一個類別,而具體的TimerTask需要由你自己來實作

[code]Timer timer = new Timer();
timer.schedule(new TimerTask() {
        public void run() {
            System.out.println("abc");
        }
}, 200000 , 1000);

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public void schedule(TimerTask task, long delay)
public void schedule(TimerTask task, long delay)

〜這個方法是這個方法。調度一個task，經過delay(ms)後開始進行調度，僅僅調度一次。

public void schedule(TimerTask task, Date time)

　　在指定的時間點time上調度一次。

public void schedule(TimerTask task, long delay, long period)

　　這個方法是調度一個task，在delay（ms）後開始調度，每次調度完後，最少等待period（ms）後才開始調度。

public void schedule(TimerTask task, Date firstTime, long period)

　　和上一個方法類似，唯一的差異就是傳入的第二個參數為第一次調度的時間。

public void scheduleAtFixedRate(TimerTask task, long delay, long period)

度一個task，在delay(ms)後開始調度，然後每經過period(ms)再次調度，但似似不然，後面你會根據原始碼看到，schedule在計算下一次執行的時間的時候，是透過當前時間（在任務執行前得到） + 時間片，而scheduleAtFixedRate方法是透過目前需要執行的時間（也就是計算出現在應該執行的時間）+ 時間片，前者是運行的實際時間，而後者是理論時間點，例如：schedule時間片是5s，那麼理論上會在5、10、15、20這些時間片被調度，但是如果由於某些CPU徵用導致未被調度，假如等到第8s才被第一次調度，那麼schedule方法計算出來的下一次時間應該是第13s而不是第10s，這樣有可能下次就越到20s後而被少調度一次或多次，而scheduleAtFixedRate方法就是每次理論計算出下一次需要調度的時間用以排序，若第8s被調度，那麼計算出應該是第10s，所以它距離當前時間是2s，那麼再調度隊列排序中，會被優先調度，那麼就盡量減少漏掉調度的情況。

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

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創建的線程不為主線程，則主線程結束後，timer會自動結束，而無需使用cancel來完成對timer的結束。

[code]public Timer(boolean isDaemon) {
    this("Timer-" + serialNumber(), isDaemon);
}

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傳入了是否為後台線程，後台線程當且僅當進程結束時，自動註銷掉。

[code]public Timer(String name, boolean isDaemon) {
      thread.setName(name);
      thread.setDaemon(isDaemon);
      thread.start();
  }

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這裡有一個thread，這個thread很明顯是一個線程，被包裝在了Timer類中，我們看下這個thread的定義Timer內部包裝了一個線程，用來做獨立於外部線程的調度，而TimerThread是一個default類型的，預設是引用不到的，是被Timer自己所使用的。

private TaskQueue queue = new TaskQueue();

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threadReaper，它是Object類型，只是重寫了finalize方法而已，是為了垃圾回收的時候，將相應的信息回收掉，做GC的回補，也就是當timer線程由於某種原因死掉了，而未被cancel，裡面的隊列中的信息需要清空掉，不過我們通常是不會考慮這個方法的，所以知道java寫這個方法是做什麼的就行了。

調度方法

public void schedule(TimerTask task, long delay)

[code]public void schedule(TimerTask task, long delay) {
       if (delay < 0)
           throw new IllegalArgumentException("Negative delay.");
       sched(task, System.currentTimeMillis()+delay, 0);
   }

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public void schedule(TimerTask task, long delay,long pscheriod)

[code]public void schedule(TimerTask task, long delay, long period) {
        if (delay < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Negative delay.");
        if (period <= 0)
            throw new IllegalArgumentException("Non-positive period.");
        sched(task, System.currentTimeMillis()+delay, -period);
    }

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[code]public void scheduleAtFixedRate(TimerTask task, long delay, long period) {
       if (delay < 0)
           throw new IllegalArgumentException("Negative delay.");
       if (period <= 0)
           throw new IllegalArgumentException("Non-positive period.");
       sched(task, System.currentTimeMillis()+delay, period);
   }

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調度時候的差異是增加了傳入的period，而第一個傳入的是0，所以確定這個參數為時間片，而不是次數，注意這個裡的period加了一個負數，也就是取反，也就是我們開始傳入1000，在調用sched的時候會變成-1000，其實最終閱讀完源碼後你會發現這個算是老外對於一種數字的理解

public void scheduleAtFixedRate(TimerTasktask,long delay,long period)

[code]private void sched(TimerTask task, long time, long period) {
        if (time < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal execution time.");

        synchronized(queue) {
            if (!thread.newTasksMayBeScheduled)
                throw new IllegalStateException("Timer already cancelled.");

            synchronized(task.lock) {
                if (task.state != TimerTask.VIRGIN)
                    throw new IllegalStateException(
                        "Task already scheduled or cancelled");
                task.nextExecutionTime = time;
                task.period = period;
                task.state = TimerTask.SCHEDULED;
            }

            queue.add(task);
            if (queue.getMin() == task)
                queue.notify();
        }
    }

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　唯一的區別就是在period沒有取反，

[code]class TaskQueue {

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

    private int size = 0;

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🎜queue為一個隊列，做這個操作的時候，發生了同步，所以在timer級別，這個是線程安全的，最後將task相關的參數賦值，主要包含nextExecutionTime（下次執行時間），period（時間片），state（狀態），然後將它放入queue佇列中，做一次notify操作，為什麼要做notify操作呢？ 🎜

[code]class TaskQueue {

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

    private int size = 0;

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TaskQueue的结构很简单，为一个数组，加一个size，有点像ArrayList，是不是长度就128呢，当然不是，ArrayList可以扩容，它可以，只是会造成内存拷贝而已，所以一个Timer来讲，只要内部的task个数不超过128是不会造成扩容的；内部提供了add(TimerTask)、size()、getMin()、get(int)、removeMin()、quickRemove(int)、rescheduleMin(long newTime)、isEmpty()、clear()、fixUp()、fixDown()、heapify()；

　add(TimerTaskt)为增加一个任务

　　size()任务队列的长度

　　getMin()获取当前排序后最近需要执行的一个任务，下标为1，队列头部0是不做任何操作的。

　　get(inti)获取指定下标的数据，当然包括下标0.

　　removeMin()为删除当前最近执行的任务，也就是第一个元素，通常只调度一次的任务，在执行完后，调用此方法，就可以将TimerTask从队列中移除。

　　quickRmove(inti)删除指定的元素，一般来说是不会调用这个方法的，这个方法只有在Timer发生purge的时候，并且当对应的TimerTask调用了cancel方法的时候，才会被调用这个方法，也就是取消某个TimerTask，然后就会从队列中移除（注意如果任务在执行中是，还是仍然在执行中的，虽然在队列中被移除了），还有就是这个cancel方法并不是Timer的cancel方法而是TimerTask，一个是调度器的，一个是单个任务的，最后注意，这个quickRmove完成后，是将队列最后一个元素补充到这个位置，所以此时会造成顺序不一致的问题，后面会有方法进行回补。

　　rescheduleMin(long newTime)是重新设置当前执行的任务的下一次执行时间，并在队列中将其从新排序到合适的位置，而调用的是后面说的fixDown方法。

　　对于fixUp和fixDown方法来讲，前者是当新增一个task的时候，首先将元素放在队列的尾部，然后向前找是否有比自己还要晚执行的任务，如果有，就将两个任务的顺序进行交换一下。而fixDown正好相反，执行完第一个任务后，需要加上一个时间片得到下一次执行时间，从而需要将其顺序与后面的任务进行对比下。

[code]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;
       }
   }

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　这种方式并非排序，而是找到一个合适的位置来交换，因为并不是通过队列逐个找的，而是每次移动一个二进制为，例如传入1的时候，接下来就是2、4、8、16这些位置，找到合适的位置放下即可，顺序未必是完全有序的，它只需要看到距离调度部分的越近的是有序性越强的时候就可以了，这样即可以保证一定的顺序性，达到较好的性能。

[code]public void cancel() {
        synchronized(queue) {
            thread.newTasksMayBeScheduled = false;
            queue.clear();
            queue.notify();  // In case queue was already empty.
        }
    }

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貌似仅仅将队列清空掉，然后设置了newTasksMayBeScheduled状态为false，最后让队列也调用了下notify操作，但是没有任何地方让线程结束掉，那么就要回到我们开始说的Timer中包含的thread为：TimerThread类了，在看这个类之前，再看下Timer中最后一个purge()类，当你对很多Task做了cancel操作后，此时通过调用purge方法实现对这些cancel掉的类空间的回收，上面已经提到，此时会造成顺序混乱，所以需要调用队里的heapify方法来完成顺序的重排，源码如下：

[code]public int purge() {
         int result = 0;

         synchronized(queue) {
             for (int i = queue.size(); i > 0; i--) {
                 if (queue.get(i).state == TimerTask.CANCELLED) {
                     queue.quickRemove(i);
                     result++;
                 }
             }

             if (result != 0)
                 queue.heapify();
         }
         return result;
     }

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那么调度呢，是如何调度的呢，那些notify，和清空队列是如何做到的呢？我们就要看看TimerThread类了，内部有一个属性是：newTasksMayBeScheduled，也就是我们开始所提及的那个参数在cancel的时候会被设置为false。

也就是我们所调用的queue了，这下联通了吧，不过这里是queue是通过构造方法传入的，传入后赋值用以操作，很明显是Timer传递给这个线程的，我们知道它是一个线程，所以执行的中心自然是run方法了，所以看下run方法的body部分是：

[code]public void run() {
        try {
            mainLoop();
        } finally {
            synchronized(queue) {
                newTasksMayBeScheduled = false;
                queue.clear();  // Eliminate obsolete references
            }
        }
    }

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[code]private void mainLoop() {
        while (true) {
            try {
                TimerTask task;
                boolean taskFired;
                synchronized(queue) {
                    // Wait for queue to become non-empty
                    while (queue.isEmpty() && newTasksMayBeScheduled)
                        queue.wait();
                    if (queue.isEmpty())
                        break; // Queue is empty and will forever remain; die

                    // Queue nonempty; look at first evt and do the right thing
                    long currentTime, executionTime;
                    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;
                        if (taskFired = (executionTime<=currentTime)) {
                            if (task.period == 0) { // Non-repeating, remove
                                queue.removeMin();
                                task.state = TimerTask.EXECUTED;
                            } else { // Repeating task, reschedule
                                queue.rescheduleMin(
                                  task.period<0 ? currentTime   - task.period
                                                : executionTime + task.period);
                            }
                        }
                    }
                    if (!taskFired) // Task hasn&#39;t yet fired; wait
                        queue.wait(executionTime - currentTime);
                }
                if (taskFired)  // Task fired; run it, holding no locks
                    task.run();
            } catch(InterruptedException e) {
            }
        }
    }

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以发现这个timer是一个死循环程序，除非遇到不能捕获的异常或break才会跳出，首先注意这段代码：

hile (queue.isEmpty() &&newTasksMayBeScheduled) 

                        queue.wait();

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　循环体为循环过程中，条件为queue为空且newTasksMayBeScheduled状态为true，可以看到这个状态其关键作用，也就是跳出循环的条件就是要么队列不为空，要么是newTasksMayBeScheduled状态设置为false才会跳出，而wait就是在等待其他地方对queue发生notify操作，从上面的代码中可以发现，当发生add、cancel以及在threadReaper调用finalize方法的时候会被调用，第三个我们基本可以不考虑其实发生add的时候也就是当队列还是空的时候，发生add使得队列不为空就跳出循环，而cancel是设置了状态，否则不会进入这个循环，那么看下面的代码

if (queue.isEmpty()) 

    break;

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当跳出上面的循环后，如果是设置了newTasksMayBeScheduled状态为false跳出，也就是调用了cancel，那么queue就是空的，此时就直接跳出外部的死循环，所以cancel就是这样实现的，如果下面的任务还在跑还没运行到这里来，cancel是不起作用的。

　　接下来是获取一个当前系统时间和上次预计的执行时间，如果预计执行的时间小于当前系统时间，那么就需要执行，此时判定时间片是否为0，如果为0，则调用removeMin方法将其移除，否则将task通过rescheduleMin设置最新时间并排序：

[code]currentTime = System.currentTimeMillis();
executionTime = task.nextExecutionTime;
if (taskFired = (executionTime<=currentTime)) {
      if (task.period == 0) { // Non-repeating, remove
           queue.removeMin();
           task.state = TimerTask.EXECUTED;
      } else { // Repeating task, reschedule
           queue.rescheduleMin(
           task.period<0 ? currentTime   - task.period
                              : executionTime + task.period);
     }

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这里可以看到，period为负数的时候，就会被认为是按照按照当前系统时间+一个时间片来计算下一次时间，就是前面说的schedule和scheduleAtFixedRate的区别了，其实内部是通过正负数来判定的，也许java是不想增加参数，而又想增加程序的可读性，才这样做，其实通过正负判定是有些诡异的，也就是你如果在schedule方法传入负数达到的功能和scheduleAtFixedRate的功能是一样的，相反在scheduleAtFixedRate方法中传入负数功能和schedule方法是一样的。

　　同时你可以看到period为0，就是只执行一次，所以时间片正负0都用上了，呵呵，然后再看看mainLoop接下来的部分：

[code]if (!taskFired)// Taskhasn&#39;t yet fired; wait
    queue.wait(executionTime- currentTime);

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这里是如果任务执行时间还未到，就等待一段时间，当然这个等待很可能会被其他的线程操作add和cancel的时候被唤醒，因为内部有notify方法，所以这个时间并不是完全准确，在这里大多数情况下是考虑Timer内部的task信息是稳定的，cancel方法唤醒的话是另一回事。

[code]　if (taskFired) // Task fired; run it, holding no locks
    task.run();

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如果线程需要执行，那么调用它的run方法，而并非启动一个新的线程或从线程池中获取一个线程来执行，所以TimerTask的run方法并不是多线程的run方法，虽然实现了Runnable，但是仅仅是为了表示它是可执行的，并不代表它必须通过线程的方式来执行的。

　Timer和TimerTask的简单组合是多线程的嘛？不是，一个Timer内部包装了“一个Thread”和“一个Task”队列，这个队列按照一定的方式将任务排队处理，包含的线程在Timer的构造方法调用时被启动，这个Thread的run方法无限循环这个Task队列，若队列为空且没发生cancel操作，此时会一直等待，如果等待完成后，队列还是为空，则认为发生了cancel从而跳出死循环，结束任务；循环中如果发现任务需要执行的时间小于系统时间，则需要执行，那么根据任务的时间片从新计算下次执行时间，若时间片为0代表只执行一次，则直接移除队列即可。

　　但是是否能实现多线程呢？可以，任何东西是否是多线程完全看个人意愿，多个Timer自然就是多线程的，每个Timer都有自己的线程处理逻辑，当然Timer从这里来看并不是很适合很多任务在短时间内的快速调度，至少不是很适合同一个timer上挂很多任务，在多线程的领域中我们更多是使用多线程中的：但是是否能实现多线程呢？可以，任何东西是否是多线程完全看个人意愿，多个Timer自然就是多线程的，每个Timer都有自己的线程处理逻辑，当然Timer从这里来看并不是很适合很多任务在短时间内的快速调度，至少不是很适合同一个timer上挂很多任务，在多线程的领域中我们更多是使用多线程中的：

Executors.newScheduledThreadPool

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　　来完成对调度队列中的线程池的处理，内部通过new ScheduledThreadPoolExecutor来创建线程池的Executor的创建，当然也可以调用

[code]Executors.unconfigurableScheduledExecutorService

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方法来创建一个DelegatedScheduledExecutorService其实这个类就是包装了下下scheduleExecutor，也就是这只是一个壳，英文理解就是被委派的意思，被托管的意思。

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