java定时器-Timer和TimerTask详解

1、例子入手

package pers.growing.test;import java.util.Timer;
import java.util.TimerTask;public class Main {/*** 延迟100ms后，间隔1s打印出：hello world** @param args* @throws InterruptedException*/public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Timer t = new Timer();t.scheduleAtFixedRate(new TimerTask() {@Overridepublic void run() {System.out.println("hello world");}}, 100, 1000);}}

结果：

hello world
hello world
hello world
hello world
hello world
hello world
hello world

2、类讲解

TimerTask.java：主要为任务的具体内容。

Timer.java中含有3个类：Timer、TimerThread、TaskQueue。

三者关系为：TaskQueue中存放一些列将要执行的TimerTask，以数组的形式存放，下标约小（注：下标为0不处理，即使用的最小下标为1），则表明优先级越高。

TimerThread为Thread的扩展类，会一直从TaskQueue中获取下标为1的TimerTask进行执行。并根据该TimerTask是否需要重复执行来决定是否放回到TaskQueue中。

Timer用于配置用户期望的任务执行时间、执行次数、执行内容。它内部会配置TimerThread、TaskQueue。

3、源码解读

Timer类下的方法如下：

Timer中涉及到4个成员变量，queue、thread已经在上面介绍过了，对于nextSerialNumber，只是用于命名默认的thread名称使用。threadReaper为了在GC时进行相关处理，后面再介绍。

Timer的构造函数实现大同小异，以Timer(String,boolean)为例:

  public Timer(String name, boolean isDaemon) {thread.setName(name); //设置成员变量的线程名称thread.setDaemon(isDaemon); //该线程是否为守护线程thread.start();//起线程}

schedule()以schedule(TimerTask,long,long)为例:

 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); //最后调用了sched方法}

这一块有困惑的可能是为什么period取了负数？而且所有的schedule(...)方法，最后传给sched中的period都是负的。之后再介绍。

scheduleAtFixedRate()以scheduleAtFixedRate(TimerTask,long,long)为例：

    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); //也是调用sched方法}

此时会发现schedule与scheduleAtFixedRate似乎区别不大，唯一有区别的是schedule最后传值给sched的period是负数，而scheduleAtFixedRate传的是正数。

在schedule方法的注释上，有这段内容：

     * <p>In fixed-delay execution, each execution is scheduled relative to* the actual execution time of the previous execution.  If an execution* is delayed for any reason (such as garbage collection or other* background activity), subsequent executions will be delayed as well.* In the long run, the frequency of execution will generally be slightly* lower than the reciprocal of the specified period (assuming the system* clock underlying <tt>Object.wait(long)</tt> is accurate).

翻译：如果出现某一次任务的延迟，那么之后的任务都会以period为周期进行延迟。

而scheduleAtFixedRate方法也有对应注释：

     * <p>In fixed-rate execution, each execution is scheduled relative to the* scheduled execution time of the initial execution.  If an execution is* delayed for any reason (such as garbage collection or other background* activity), two or more executions will occur in rapid succession to* "catch up."  In the long run, the frequency of execution will be* exactly the reciprocal of the specified period (assuming the system* clock underlying <tt>Object.wait(long)</tt> is accurate).

翻译：每次的执行都是以初始时计算好的时间为准，如果出现某次任务的延迟，则之后的任务会快速执行，即按计划时间执行。

那么看下Sched()方法实现：

 private void sched(TimerTask task, long time, long period) {//接收具体任务，第一次执行时间，周期if (time < 0)throw new IllegalArgumentException("Illegal execution time.");// Constrain value of period sufficiently to prevent numeric// overflow while still being effectively infinitely large.if (Math.abs(period) > (Long.MAX_VALUE >> 1))period >>= 1;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; //给TimerTask赋值task.period = period;task.state = TimerTask.SCHEDULED;}queue.add(task);//将TimerTask放到队列中，并进行队列排序if (queue.getMin() == task)//如果队列里恰好下标为1的任务为当前的task，则直接唤醒queue.notify();}}

queue中的add和getMin操作如下：

    void add(TimerTask task) {// Grow backing store if necessaryif (size + 1 == queue.length)queue = Arrays.copyOf(queue, 2*queue.length);queue[++size] = task;fixUp(size);//让task进行排序，排序并不是十分严谨，将nextExecutionTime较小的往前排}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;}}TimerTask getMin() { //注意最小的值是从下标为1的获取，queue[0]其实没用到return queue[1];}

数据已经放到queue中了，那么看下是什么时候执行的。在之前Timer的构造函数这块，有一句是：thread.start();说明TimerThread在Timer初始化之后就一直启用着，那看下它的处理。

 public void run() {try {mainLoop(); //主要实现内容} finally {// Someone killed this Thread, behave as if Timer cancelledsynchronized(queue) {newTasksMayBeScheduled = false;queue.clear();  // Eliminate obsolete references}}}/*** The main timer loop.  (See class comment.)*/private void mainLoop() {while (true) {try {TimerTask task;boolean taskFired;synchronized(queue) {// Wait for queue to become non-empty//如果队列为空并且是有标志位，则等待。没有标志位的情况为不在需要执行timer了，比如cancel或被gc的时候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 thinglong currentTime, executionTime;//分别是当前时间、理论执行时间task = queue.getMin();//获取就近的tasksynchronized(task.lock) {//如果该task已经被置为cancelled，则将它从队列里面移出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) { // period表示该task是一次性的，用完就移出queue.removeMin();//移出task，这块会有queue的重新排序task.state = TimerTask.EXECUTED;//更新状态为执行中} else {//可重复执行的task操作，将重新计算下次执行时间，并重新排序    //重点，此处解释为什么period分正负：区别schedule方法和scheduleAtFixedRate//如果是负数，则以当前时间为准，往后计算下次执行时间//如果是正数，则以理论时间为准，往后计算下次执行时间queue.rescheduleMin(task.period<0 ? currentTime   - task.period: executionTime + task.period);}}}if (!taskFired) // 如果还没到任务执行时间就处于等待queue.wait(executionTime - currentTime);}if (taskFired)  // 到执行时间了//执行task中的run方法，而不是start方法，所以并不是另起一个线程进行操作task.run();} catch(InterruptedException e) {//如果是不能捕获的异常，就会有风险了}}}

关于queue中的removeMin()和rescheduleMin()方法如下：

    void removeMin() {//前两行赋值可能会将queue乱序，所以才会有fixDown重新排序queue[1] = queue[size];queue[size--] = null;  // Drop extra reference to prevent memory leakfixDown(1);}//因为取的时候也是取下标为1的task进行操作，所以此次也是将下标为1的task重新赋时间，并排序void rescheduleMin(long newTime) {queue[1].nextExecutionTime = newTime;fixDown(1);}//和fixUp方法类似，该排序单独看也并非严谨，但由于每次操作都会经历，所以应该是准的吧！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 kidif (queue[k].nextExecutionTime <= queue[j].nextExecutionTime)break;TimerTask tmp = queue[j];  queue[j] = queue[k]; queue[k] = tmp;k = j;}}

当timerTask调用了timerTask.cancel()操作时，也可以人为的将它从Timer队列中清除掉，方法如下：

 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); //由于i取值时必然大于0，所以肯定能够找到正常的数据result++;}}if (result != 0)queue.heapify();//重新排序}return result;}

queue中的quickRemove和heapify方法：

    void quickRemove(int i) { //只要简单赋值就行了，最后排序交给heapify()assert i <= size;queue[i] = queue[size];queue[size--] = null;  // Drop extra ref to prevent memory leak}void heapify() {for (int i = size/2; i >= 1; i--)fixDown(i); //在前面的篇幅中介绍过了}

当然如果Timer也可以人为的取消，不在继续定时任务。其方法如下：

   public void cancel() {synchronized(queue) {thread.newTasksMayBeScheduled = false;queue.clear(); //会将队列中的所有的task赋值为nullqueue.notify();  // 通知thread中的mainLoop进行break操作}}

综上，其实大部分流程就屡清楚了。顺带介绍下Timer中的threadReaper。代码如下：

   /*** This object causes the timer's task execution thread to exit* gracefully when there are no live references to the Timer object and no* tasks in the timer queue.  It is used in preference to a finalizer on* Timer as such a finalizer would be susceptible to a subclass's* finalizer forgetting to call it.*/private final Object threadReaper = new Object() {protected void finalize() throws Throwable {synchronized(queue) {thread.newTasksMayBeScheduled = false;queue.notify(); // In case queue is empty.}}};

重写了finalize方法，该方法为GC时候调用，主要使Timer中的thread能够优雅退出。

4、总结

优势：可以实现比较轻量级的定时任务，而且很方便

劣势：

①由于Timer只是创建了一个thread去执行queue中的task，那么就可能会出现上一个任务执行延迟了，会影响到下一个定时任务。

②在TimerThread#mainloop中，也可看到，如果抛出了InterruptedException之外无法捕获到的异常时，mainloop就会中断，Timer也就无法使用了。

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