Java 定时器的全面解析(Timer)
目录
一 什么是定时器?
二 标准库中的定时器
三 自定义实现定时器
一 什么是定时器?
定时器是一种用于在指定时间或以固定间隔执行任务的工具。
为什么需要定时器?
- 提高代码效率和可维护性。
- 实现自动化任务调度。
二 标准库中的定时器
1.标准库中提供了一个Timer类，Timer类的核心方法为schedule；
2.schedule包含两个参数，第一个参数为即将要执行的任务代码，第二个参数为指定多长时间之后执行(单位为毫秒)。
import java.util.Timer;
import java.util.TimerTask;
public class Demo2 {
public static void main(String[] args) {
Timer timer = new Timer();
timer.schedule(new TimerTask() {
@Override
public void run() {
System.out.println("3000");
}
}, 3000);
}
}
三 自定义实现定时器
要自定义一个定时器,我们需要满足两个条件:
- 被调度的任务可以按照指定时间执行；
- 一个定时器可以调度多个任务，并按照最初约定的时间执行它们。
1.被调度的任务可以按照指定时间执行
要实现第一个条件，我们可以创建一个扫描线程来扫描任务列表，检查每个任务是否到达指定的执行时间。如果任务到达了预定的执行时间，就执行相应的代码；如果没有达到预定的执行时间，就不执行任务。
2.一个定时器可以调度多个任务，并按照最初约定的时间执行它们。
针对第二个条件，我们可以使用一个优先级队列（PriorityQueue），这个队列可以根据任务的执行时间进行排序，使得时间最早的任务位于队列的前端，即最先要执行的任务。这样，在第一个条件中描述的扫描线程只需要检查队列的首元素即可，而不需要遍历整个任务列表。
这里还需要处理一个小问题，就是我们如何描述一个任务?我们可以定义一个MyTimerTask 类实现了一个任务对象，用于封装任务的执行逻辑（Runnable）和执行时间（time）。
// 定义一个任务类，用于封装任务的执行逻辑和执行时间
class MyTimerTask implements Comparable<MyTimerTask> {
// 任务的执行逻辑，使用 Runnable 接口表示
private Runnable runnable;
// 任务的执行时间（以毫秒为单位）
private long time;
/**
* 构造函数，用于创建一个任务对象
*
* @param runnable 任务的执行逻辑
* @param delay 任务的延迟时间（以毫秒为单位）
*/
public MyTimerTask(Runnable runnable, long delay) {
this.runnable = runnable; // 设置任务的执行逻辑
this.time = System.currentTimeMillis() + delay; // 计算任务的执行时间（当前时间 + 延迟时间）
}
/**
* 实现 Comparable 接口的 compareTo 方法，用于比较两个任务的执行时间
*
* @param o 另一个 MyTimerTask 对象
* @return 负数表示当前任务先执行，正数表示当前任务后执行，0 表示同时执行
*/
@Override
public int compareTo(MyTimerTask o) {
// 比较两个任务的执行时间，返回差值
return (int)(this.time - o.time);
}
/**
* 获取任务的执行时间
*
* @return 任务的执行时间（以毫秒为单位）
*/
public long getTime() {
return time;
}
/**
* 获取任务的执行逻辑
*
* @return Runnable 对象，表示任务的具体操作
*/
public Runnable getRunnable() {
return runnable;
}
}按照上述两个条件我们可以写出下述的代码:
import java.util.PriorityQueue;
class MyTimer {
// 优先队列，用于存储任务，按任务的执行时间排序
private PriorityQueue<MyTimerTask> queue = new PriorityQueue<>();
// 锁对象，用于线程同步
private Object locker = new Object();
/**
* 添加一个一次性任务到定时器中
*
* @param runnable 任务的执行逻辑
* @param delay 任务的延迟时间（以毫秒为单位）
*/
public void schedule(Runnable runnable, long delay) {
synchronized (locker) { // 加锁，确保线程安全
queue.offer(new MyTimerTask(runnable, delay)); // 将任务加入队列
locker.notify(); // 唤醒调度线程，检查是否有新任务需要执行
}
}
/**
* 构造函数，启动一个后台线程用于调度任务
*/
public MyTimer() {
// 创建并启动调度线程
Thread t = new Thread(() -> {
while (true) { // 无限循环，持续调度任务
try {
synchronized (locker) { // 加锁，确保对队列的操作是线程安全的
// 如果队列为空，线程等待
while (queue.isEmpty()) {
locker.wait(); // 等待新任务被添加
}
// 获取队列中最早的任务
MyTimerTask task = queue.peek();
long curTime = System.currentTimeMillis(); // 获取当前时间
if (curTime >= task.getTime()) {
// 当前时间已达到或超过任务的执行时间
task.getRunnable().run(); // 执行任务
queue.poll(); // 从队列中移除任务
} else {
}
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace(); // 捕获线程中断异常并打印堆栈信息
}
}
});
t.start(); // 启动调度线程
}
}MyTimer 类通过优先队列（PriorityQueue<MyTimerTask>）按任务的执行时间排序来管理任务，并利用锁对象（locker）确保线程安全。其核心方法 schedule 用于添加一次性任务到定时器中，构造函数则启动一个后台线程持续调度任务。调度线程在队列为空时进入等待状态，当有新任务加入时被唤醒；如果当前时间达到或超过任务的执行时间，则执行任务并将其从队列中移除，否则线程等待至任务的预定执行时间。这里需要注意的是,当使用一个自定义类作为PriorityQueue对象时,记得实现Comparable接口并重写compareTo方法来定义元素的自然顺序。
但是上面的代码还存在一个问题，如果当前任务未到执行时间时，代码会不断重复while循环操作。这种现象被称为"忙等"。为了更有效地利用CPU资源，我们需要使用阻塞式等待而不是忙等。
在这种情况下，我们知道等待的时间比较明确，第一时间想到了使用sleep方法来等待，但是可能会出现问题。例如，如果我们添加了一个比之前添加的任务更早的任务，那么可能会错过新任务的执行时间。
因此，我们可以使用wait方法来实现阻塞式等待更为合适，因为它可以更方便地唤醒线程并重新检查时间。
import java.util.PriorityQueue;
class MyTimer {
// 优先队列，用于存储任务，按任务的执行时间排序
private PriorityQueue<MyTimerTask> queue = new PriorityQueue<>();
// 锁对象，用于线程同步
private Object locker = new Object();
/**
* 添加一个一次性任务到定时器中
*
* @param runnable 任务的执行逻辑
* @param delay 任务的延迟时间（以毫秒为单位）
*/
public void schedule(Runnable runnable, long delay) {
synchronized (locker) { // 加锁，确保线程安全
queue.offer(new MyTimerTask(runnable, delay)); // 将任务加入队列
locker.notify(); // 唤醒调度线程，检查是否有新任务需要执行
}
}
/**
* 构造函数，启动一个后台线程用于调度任务
*/
public MyTimer() {
// 创建并启动调度线程
Thread t = new Thread(() -> {
while (true) { // 无限循环，持续调度任务
try {
synchronized (locker) { // 加锁，确保对队列的操作是线程安全的
// 如果队列为空，线程等待
while (queue.isEmpty()) {
locker.wait(); // 等待新任务被添加
}
// 获取队列中最早的任务
MyTimerTask task = queue.peek();
long curTime = System.currentTimeMillis(); // 获取当前时间
if (curTime >= task.getTime()) {
// 当前时间已达到或超过任务的执行时间
task.getRunnable().run(); // 执行任务
queue.poll(); // 从队列中移除任务
} else {
// 当前时间未达到任务的执行时间，线程等待剩余时间
locker.wait(task.getTime() - curTime);
}
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace(); // 捕获线程中断异常并打印堆栈信息
}
}
});
t.start(); // 启动调度线程
}
}好了，到这里实现自定义实现定时器代码已经结束了。