一文带你搞懂Java定时器Timer的使用

时间:2023-02-02 熬夜磕代码丶人气:0

一、定时器是什么

定时器类似于我们生活中的闹钟，可以设定一个时间来提醒我们。

而定时器是指定一个时间去执行一个任务，让程序去代替人工准时操作。

标准库中的定时器: Timer

方法	作用
void schedule(TimerTask task, long delay)	指定delay时间之后(单位毫秒)执行任务task

public static void main(String[] args) {
        Timer timer = new Timer();
        timer.schedule(new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("定时器任务! ");
            }
        },1000);
    }

这段程序就是创建一个定时器，然后提交一个1000s后执行的任务。

二、自定义定时器

我们自己实现一个定时器的前提是我们需要弄清楚定时器都有什么:

1.一个扫描线程，负责来判断任务是否到时间需要执行

2.需要有一个数据结构来保存我们定时器中提交的任务

创建一个扫描线程相对比较简单，我们需要确定一个数据结构来保存我们提交的任务，我们提交过来的任务，是由任务和时间组成的，我们需要构建一个Task对象，数据结构我们这里使用优先级队列，因为我们的任务是有时间顺序的，具有一个优先级，并且要保证在多线程下是安全的，所以我们这里使用:PriorityBlockingQueue比较合适。

首先我们构造一个Task对象

class MyTask {
    //即将执行的任务
    private Runnable runnable;
    //在多久后执行
    private long time;

    public MyTask(Runnable runnable, long time) {
        this.runnable = runnable;
        this.time = time;
    }

    public long getTime() {
        return time;
    }
    
    //执行任务
    public void run() {
        runnable.run();
    }
}

MyTimer类：

public class MyTimer {
    //扫描线程
    private Thread t;
    //创建一个阻塞优先级队列，用来保存提交的Task对象
    private PriorityBlockingQueue<MyTask> queue = new PriorityBlockingQueue<>();
    private Object locker = new Object();

    //提交任务的方法
    public void schedule(Runnable runnable,long time) {
        //这里我们的时间换算一下,保存实际执行的时间
        MyTask task = new MyTask(runnable,System.currentTimeMillis() +  time);
        queue.put(task);
    }

    //构建扫描线程
    public MyTimer() {
        t = new Thread(() -> {
           //我们取出队列中时间最近的元素
            while (true) {
                try {
                    MyTask task = queue.take();
                    long curTime = System.currentTimeMillis();
                    if(curTime < task.getTime()) {
                        //证明还没到执行的时间，再放进队列
                        queue.put(task);
                    } else {
                        //到时间了，执行任务
                        task.run();
                    }
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
    }
    t.start();
}

虽然我们大体已经写出来了，但是我们这个定时器实现的还有一些问题。

问题1：既然我们是优先级队列，我们再阻塞优先级队列中放入Task对象时，是根据什么建立堆的？

我们发现当我们运行程序时，我们的程序也会报这样的错误。

class MyTask implements Comparable<MyTask>{
    //即将执行的任务
    private Runnable runnable;
    //在多久后执行
    private long time;

    public MyTask(Runnable runnable, long time) {
        this.runnable = runnable;
        this.time = time;
    }

    public long getTime() {
        return time;
    }

    //执行任务
    public void run() {
        runnable.run();
    }

    @Override
    public int compareTo(MyTask o) {
        return (int) (this.time - o.time);
    }
}

我们需要实现Comparable接口并且重写compareTo方法，指明我们是根据时间来决定在队列中的优先级。

2.我们的扫描线程，扫描的速度太快，造成了不必要的CPU资源浪费。

比如我们早上8.00提交了一个中午12.00的任务，那么我们这样的程序就会从8.00一直循环几十亿次，而这样的等待是没有任何意义的。

更合理的方式是，不要在这里忙等，而是“阻塞式”等待。

public MyTimer() {
        t = new Thread(() -> {
           //我们取出队列中时间最近的元素
            while (true) {
                try {
                    MyTask task = queue.take();
                    long curTime = System.currentTimeMillis();
                    if(curTime < task.getTime()) {
                        //证明还没到执行的时间，再放进队列
                        queue.put(task);
                        synchronized (locker) {
                            locker.wait(task.getTime() - curTime);
                        }
                    } else {
                        //到时间了，执行任务
                        task.run();
                    }
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
    }
    t.start();

我们重写一下扫描线程，进行修改，当我们判断队列中最近的一个任务的时间都没到时，我们的扫描线程就进行阻塞等待，这里我们使用的不是wait(),而是wait(long time),我们传入的参数是要执行的时间和当前时间的差值，有的同学可能会问了，那这样执行的时候和预期执行的时间不就有出入了嘛?

因为我们程序里的定时操作，本来就难以做到非常准确，因为操作系统调度是随机的，有一定的时间开销，存在ms的误差都是相当正常的，不影响我们的正常使用。

我们上面进行阻塞等待，难道就傻傻的等到时间到了自动唤醒嘛? 有没有啥特殊情况呢?这里是有的，比如我们设定了一个阻塞到12点在唤醒，但我们又提交了一个10点的新任务，那么我们就应该提前唤醒了，所以我们应该在每次提交任务后都进行主动唤醒，再由我们扫描线程决定是执行还是继续阻塞等待。

public void schedule(Runnable runnable,long time) {
        //这里我们的时间换算一下,保存实际执行的时间
        MyTask task = new MyTask(runnable,System.currentTimeMillis() +  time);
        queue.put(task);
        synchronized (locker) {
            locker.notify();
        }
    }

即使我们现在所有正常的情况都考虑到了，但是我们这里仍然存在一种极端的情况。

假设我们的扫描线程刚执行完put方法，这个线程就被cpu调度走了，此时我们的另一个线程调用了schedule,添加了新任务，新任务是10点执行，然后notify，因为我们并没有wait(),所以相当于这里是空的notify，然后我们的线程调度回来去执行wait()方法，但是我们的时间差仍然是之前算好的时间差，从8.00点到12.00点，这样就会产生很大的错误。

这里造成这样的问题，是因为我们的take操作和wait操作不是原子的，我们需要在take和wait之间加上锁，保证每次notify的时候，都在wait中。

public MyTimer() {
        t = new Thread(() -> {
            while (true) {
                try {
                    synchronized (locker) {
                        MyTask Task = queue.take();
                        long curTime = System.currentTimeMillis();
                        if (curTime < Task.getTime()) {
                            queue.put(Task);
                            locker.wait(Task.getTime() - curTime);
                        } else {
                            Task.run();
                        }
                    }
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
        t.start();

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