java之 Timer 类的使用以及深入理解

最近一直在看线程知识，然后看到Timer定时器使用了线程实现的定时功能，于是了解了解；

本文 从Time类的使用和源码分析两个方面讲解：

1---Timer类使用

2---源码分析

1、Time类使用：

  根据是否循环执行分为两类：

         //只执行一次
         public void schedule(TimerTask task, long delay);
         public void schedule(TimerTask task, Date time);

         //循环执行
         // 在循环执行类别中根据循环时间间隔又可以分为两类
         public void schedule(TimerTask task, long delay, long period) ;
         public void schedule(TimerTask task, Date firstTime, long period) ;

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

示例：

只执行一次：

         Timer timer = new Timer();

         //延迟1000ms执行程序
         timer.schedule(new TimerTask() {
             @Override
             public void run() {
                 System.out.println("IMP 当前时间" + this.scheduledExecutionTime());
             }
         }, 1000);
         //延迟10000ms执行程序
         timer.schedule(new TimerTask() {
             @Override
             public void run() {
                 System.out.println("IMP 当前时间" + this.scheduledExecutionTime());
             }
         }, new Date(System.currentTimeMillis() + 10000));

循环执行：

         Timer timer = new Timer();

         //前一次执行程序结束后 2000ms 后开始执行下一次程序
         timer.schedule(new TimerTask() {
             @Override
             public void run() {
                 System.out.println("IMP 当前时间" + this.scheduledExecutionTime());
             }
         }, 0,2000);

         //前一次程序执行开始 后 2000ms后开始执行下一次程序
         timer.scheduleAtFixedRate(new TimerTask() {
             @Override
             public void run() {
                 System.out.println("IMP 当前时间" + this.scheduledExecutionTime());
             }
         },0,2000);

2、源码分析：

Timer 源码：

程序运行：

在初始化Timer时 ，开启一个线程循环提取任务数组中的任务，如果任务数组为空，线程等待直到添加任务；

当添加任务时，唤醒线程，提取数组中标记为1的任务，

如果该任务状态为CANCELLED，则从数组中删除任务，continue ，继续循环提取任务；

然后将当前时间与任务执行时间点比较 标记taskFired=executionTime<=currentTime;

taskFired =false ，说明任务执行时间还没到，则调用wait等待(executionTime-currentTime) 时间长度，然后循环重新提取该任务；

taskFired =true，说明任务执行时间已经到了，或者过去了。继续判断 任务循环时间间隔period；

period=0时，说明此次任务是非循环任务，直接将该任务从数组中删除，并将状态置为EXECUTED，然后执行任务的run方法！

period！=0时，说明此次任务时循环任务，将该任务的执行时间点向前推进，具体推进时间根据调用的方法判断；

如果是schedule方法，则在当前时间基础上向前推进period时间长度；

如果是scheduleAtFixedRate方法，则在当前任务执行时间点基础上向前推进period时间长度，

最后执行任务的run方法；循环提取任务

 package java.util;
 import java.util.Date;
 import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

 public class Timer {

     private final TaskQueue queue = new TaskQueue();

     private final TimerThread thread = new TimerThread(queue);

     private final Object threadReaper = new Object() {
         protected void finalize() throws Throwable {
             synchronized(queue) {
                 thread.newTasksMayBeScheduled = false;
                 queue.notify(); // In case queue is empty.
             }
         }
     };

     private final static AtomicInteger nextSerialNumber = new AtomicInteger(0);
     private static int serialNumber() {
         return nextSerialNumber.getAndIncrement();
     }

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

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

     public Timer(String name) {
         thread.setName(name);
         thread.start();
     }

     //在初始化Timer时，确定线程名称，以及是否是守护线程 ，开启线程
     public Timer(String name, boolean isDaemon) {
         thread.setName(name);
         thread.setDaemon(isDaemon);
         thread.start();
     }

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

     public void schedule(TimerTask task, Date time) {
         sched(task, time.getTime(), 0);
     }

     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);
     }

     public void schedule(TimerTask task, Date firstTime, long period) {
         if (period <= 0)
             throw new IllegalArgumentException("Non-positive period.");
         sched(task, firstTime.getTime(), -period);
     }

     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);
     }

     public void scheduleAtFixedRate(TimerTask task, Date firstTime,
                                     long period) {
         if (period <= 0)
             throw new IllegalArgumentException("Non-positive period.");
         sched(task, firstTime.getTime(), 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.
         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;
                 task.period = period;
                 task.state = TimerTask.SCHEDULED;
             }

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

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

     //净化，清除timer中标记为CANCELLED的TIMETASK,  返回值为清除个数
      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;
      }
 }

 //自定义线程
 class TimerThread extends Thread {

     boolean newTasksMayBeScheduled = true;

     private TaskQueue queue;

     TimerThread(TaskQueue queue) {
         this.queue = queue;
     }

     public void run() {
         try {
             mainLoop();
         } finally {
             // Someone killed this Thread, behave as if Timer cancelled
             synchronized(queue) {
                 newTasksMayBeScheduled = false;
                 queue.clear();  // Eliminate obsolete references
             }
         }
     }

     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) {//移除 状态为已执行完毕的任务
                             queue.removeMin();
                             continue;
                         }
                         currentTime = System.currentTimeMillis();
                         executionTime = task.nextExecutionTime;
                         if (taskFired = (executionTime<=currentTime)) {
                             if (task.period == 0) { // 循环条件为0时，直接清除任务，并将任务状态置为非循环任务，并执行一次任务！
                                 queue.removeMin();
                                 task.state = TimerTask.EXECUTED;
                             } else { //区分  两种循环类别的关键
                                 queue.rescheduleMin(
                                   task.period<0 ? currentTime   - task.period
                                                 : executionTime + task.period);
                             }
                         }
                     }
                     if (!taskFired) // 当下次执行任务时间大于当前时间  等待
                         queue.wait(executionTime - currentTime);
                 }
                 if (taskFired)  // 执行任务
                     task.run();
             } catch(InterruptedException e) {
             }
         }
     }
 }

 /**
  *
  * 任务管理内部类
  */
 class TaskQueue {

     //初始化  128个空间，实际使用127个  位置编号为0的位置不使用
     private TimerTask[] queue = new TimerTask[128];

     private int size = 0;

     int size() {
         return size;
     }

     //添加任务，如果空间不足，空间*2，，然后排序（将nextExecutionTime最小的排到1位置）
     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);
     }

     //得到最小的nextExecutionTime的任务
     TimerTask getMin() {
         return queue[1];
     }

     //得到指定位置的任务
     TimerTask get(int i) {
         return queue[i];
     }

     //删除最小nextExecutionTime的任务，排序(将nextExecutionTime最小的排到1位置)
     void removeMin() {
         queue[1] = queue[size];
         queue[size--] = null;  // Drop extra reference to prevent memory leak
         fixDown(1);
     }

     //快速删除指定位置的任务
     void quickRemove(int i) {
         assert i <= size;

         queue[i] = queue[size];
         queue[size--] = null;  // Drop extra ref to prevent memory leak
     }

     //重新设置最小nextExecutionTime的任务的nextExecutionTime，排序(将nextExecutionTime最小的排到1位置)
     void rescheduleMin(long newTime) {
         queue[1].nextExecutionTime = newTime;
         fixDown(1);
     }

     //数组是否为空
     boolean isEmpty() {
         return size==0;
     }

    //清空数组
     void clear() {
         // Null out task references to prevent memory leak
         for (int i=1; i<=size; i++)
             queue[i] = null;

         size = 0;
     }

     //将nextExecutionTime最小的排到1位置
     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;
         }
     }

     //将nextExecutionTime最小的排到1位置
     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;
         }
     }

      //排序（将nextExecutionTime最小的排到1位置）   在快速删除任务后调用
     void heapify() {
         for (int i = size/2; i >= 1; i--)
             fixDown(i);
     }
 }

TimerTask源码：

功能：用户任务，Timer执行任务实体（任务状态，任务下次执行时间点，任务循环时间间隔，任务本体【run】）

 package java.util;
 /**
  * 虽然实现了Runnable接口 但是在Timer中直接调用run方法，
  * */
 public abstract class TimerTask implements Runnable {

     final Object lock = new Object();

     int state = VIRGIN;  //状态 ，未使用，正在使用，非循环，使用完毕

     static final int VIRGIN = 0; //未使用 

     static final int SCHEDULED   = 1;//正在使用

     static final int EXECUTED    = 2;//非循环

     static final int CANCELLED   = 3;//使用完毕

     long nextExecutionTime;  //下载调用任务时间

     long period = 0;// 循环时间间隔

     protected TimerTask() {
     }

     public abstract void run();//自定义任务

     //退出   任务执行完毕后，退出返回 true ，未执行完 就退出 返回false
     public boolean cancel() {
         synchronized(lock) {
             boolean result = (state == SCHEDULED);
             state = CANCELLED;
             return result;
         }
     }
     //返回 时间
     public long scheduledExecutionTime() {
         synchronized(lock) {
             return (period < 0 ? nextExecutionTime + period
                                : nextExecutionTime - period);
         }
     }
 }