Java中定时任务的实现：Timer与ScheduledExecutorService的不同

时间：2022-10-20 07:53:31

前言

在做后台任务的时候经常需要实现各种各种的定时的，周期性的任务。比如每隔一段时间更新一下缓存之类的。通常周期性的任务都可以使用如下方式实现：

class MyTimerThread extends Thread {
@Override
public void run() {
while(true) {
try {
Thread.sleep(60*1000);

//每隔1分钟需要执行的任务
doTask();

} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
};
}
其实用这种方式我还没遇到过什么问题。网上有人说调用线程sleep()方法会导致线程休眠时还是会占用cpu资源不释放（而wait()不会），这种说法应该是不正确的。若有人知道其中存在的问题，敬请告知！由于这种实现一般都是一个线程对于一个定时任务，且没有实现在指定时间启动任务（也可以实现，加个时间判断就可以了）。


Timer简介

JDK提供的Timer是很常用的定时任务调度器。在说到timer的原理时，我们先看看Timer里面的一些常见方法： 
/**
 * 这个方法是调度一个task，经过delay(ms)后开始进行调度，仅仅调度一次
 */
public void schedule(TimerTask task, long delay)

/**
 * 在指定的时间点time上调度一次
 */
public void schedule(TimerTask task, Date time)
在指定的时间点time上调度一次。

/**
 * 周期性调度任务，在delay（ms）后开始调度。
 * 并且任务开始时间的间隔为period（ms），即“固定间隔”执行
 */
public void schedule(TimerTask task, long delay, long period)

/**
 * 和上一个方法类似，唯一的区别就是传入的第二个参数为第一次调度的时间
 */
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)
 不过比较不好理解的是Timer中，存在schedule和scheduleAtFixedRate两套不同调度算法的方法，它们的共同点是若判断理论执行时间小于实际执行时间时，都会马上执行任务，区别在于计算下一次执行时间的方式不同： schedule： 任务开始的时间 + period（时间片段），强调“固定间隔”地执行任务 scheduleAtFixedRate： 参数设定开始的时间 + period（时间片段），强调“固定频率”地执行任务 可以看出前者采用实际值，后者采用理论值。不过实际上若参数设定的开始时间比当前时间大的话，两者执行的效果是一样的。举个反例说明： 
public static void main(String[] args) {

TimerTask task = new TimerTask() {
@Override
public void run() {
System.out.println("do task.......");
}
};

SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
Timer timer = new Timer();
try {

    timer.schedule(task, sdf.parse("2016-4-9 00:00:00"), 5000);

//timer.scheduleAtFixedRate(task, sdf.parse("2016-4-9 00:00:00"),5000);

} catch (ParseException e) {
e.printStackTrace();
}
}
 以上是参数设定时间比当前时间小的情况，我在2016-4-9 00:00:20时才启动上面的程序： 对于schedule，打印了1条"do task"。因为理论执行时间（00:00:00）小于实际执行时间（00:00:20）。然后等，因为下一次执行的时间为00:00:25。 对于scheduleAtFixedRate，打印了4条"do task"。因为它的理论执行时间分别是00:00:05、00:00:10、00:00:15、00:00:20、00:00:25……现在知道固定频率的意思了吧！说好了要执行多少次就是多少次。

Timer的缺陷

Timer被设计成支持多个定时任务，通过源码发现它有一个任务队列用来存放这些定时任务，并且启动了一个线程来处理，如下部分源码所示： 
public class Timer {

    // 任务队列
    private final TaskQueue queue = new TaskQueue();

    // 处理线程
    private final TimerThread thread = new TimerThread(queue);
通过这种单线程的方式实现，在存在多个定时任务的时候便会存在问题：若任务B执行时间过长，将导致任务A延迟了启动时间！ 还存在另外一个问题，应该是属于设计的问题：若任务线程在执行队列中某个任务时，该任务抛出异常，将导致线程因跳出循环体而终止，即Timer停止了工作！
同样是举个栗子： 
public static void main(String[] args) {

Timer timer = new Timer();

timer.schedule(new TimerTask() {
@Override
public void run() {
SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss");
System.out.println(sdf.format(new Date()) + " A: do task");
}
}, 0, 5*1000);

timer.schedule(new TimerTask() {
@Override
public void run() {
SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss");
System.out.println(sdf.format(new Date()) + " B: sleep");
try {
Thread.sleep(20*1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}, 10*1000, 5000);

timer.schedule(new TimerTask() {
@Override
public void run() {
SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss");
System.out.println(sdf.format(new Date()) + " C: throw Exception");
throw new RuntimeException("test");
}
}, 30*1000, 5000);
}
通过以上程序发现：一开始，任务A能正常每隔5秒运行一次。在任务B启动后，由于任务B运行时间需要20秒，导致任务A要等到任务B执行完才能执行。更可怕的是，任务C启动后，抛了个异常，定时任务挂了！ 不过这种单线程的实现也有优点：线程安全！

ScheduledThreadPoolExecutor简介

ScheduledThreadPoolExecutor可以说是Timer的多线程实现版本，连JDK官方都推荐使用ScheduledThreadPoolExecutor替代Timer。它是接口ScheduledExecutorService的子类，主要方法说明如下： 
/**
 * 调度一个task，经过delay(时间单位由参数unit决定)后开始进行调度，仅仅调度一次
 */
public ScheduledFuture<?> schedule(Runnable command,
                                       long delay, TimeUnit unit);

/**
 * 同上，支持参数不一样
 */
public <V> ScheduledFuture<V> schedule(Callable<V> callable,
                                           long delay, TimeUnit unit);

/**
 * 周期性调度任务，在delay后开始调度，适合执行时间比“间隔”短的任务
 * 并且任务开始时间的间隔为period，即“固定间隔”执行。
 * 如果任务执行的时间比period长的话，会导致该任务延迟执行，不会同时执行！
 * 如果任务执行过程抛出异常，后续不会再执行该任务！
 */
public ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command,
                        long initialDelay ,long period ,TimeUnit unit);

/**
 * Timer所没有的“特色”方法，称为“固定延迟(delay)”调度，适合执行时间比“间隔”长的任务
 * 在initialDelay后开始调度该任务
 * 随后，在每一次执行终止和下一次执行开始之间都存在给定的延迟period
 * 即下一次任务开始的时间为：上一次任务结束时间（而不是开始时间） + delay时间
 * 如果任务执行过程抛出异常，后续不会再执行该任务！
 */
public ScheduledFuture<?> scheduleWithFixedDelay(Runnable command,
                        long initialDelay ,long delay ,TimeUnit unit);

ScheduledThreadPoolExecutor继承自ThreadPoolExecutor，所以本质上说ScheduledThreadPoolExecutor还是一个线程池（可参考《Java线程池ThreadPoolExecutor简介》）。它也有coorPoolSize和workQueue，接受Runnable的子类作为任务。 特殊的地方在于它实现了自己的工作队列DelayedWorkQueue，该任务队列的作用是按照一定顺序对队列中的任务进行排序。比如，按照距离下次执行时间的长短的升序方式排列，让需要尽快执行的任务排在队首，“不那么着急”的任务排在队列后方，从而方便线程获取到“应该”被执行的任务。除此之外，ScheduledThreadPoolExecutor还在任务执行结束后，计算出下次执行的时间，重新放到工作队列中，等待下次调用。
上面通过一个程序说明了Timer存在的问题！这里我将Timer换成了用ScheduledThreadPoolExecutor来实现，注意TimerTask也是Runnable的子类。 
public static void main(String[] args) {
int corePoolSize = 3;
ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(corePoolSize);  

        pool.scheduleAtFixedRate(new TimerTask() {
@Override
public void run() {
SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss");
System.out.println(sdf.format(new Date()) + " A: do task");
}
}, 0 ,5, TimeUnit.SECONDS);  

        pool.scheduleAtFixedRate(new TimerTask() {
@Override
public void run() {
SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss");
System.out.println(sdf.format(new Date()) + " B: sleep");
try {
Thread.sleep(20*1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}, 10, 5, TimeUnit.SECONDS);

        pool.scheduleAtFixedRate(new TimerTask() {
@Override
public void run() {
SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss");
System.out.println(sdf.format(new Date()) + " C: throw Exception");
throw new RuntimeException("test");
}
}, 30, 5, TimeUnit.SECONDS);
}
由于有3个任务需要调度，因此我将corePoolSize设置为3。通过控制台打印可以看到这次任务A一直都在正常运行（任务时间间隔为5秒），并不受任务B的影响。任务C抛出异常后，虽然本身停止了调度，但没有影响到其他任务的调度。可以说ScheduledThreadPoolExecutor解决Timer存在的问题！ 那要是将corePoolSize设置为1，变成单线程跑呢？结果当然是和Timer一样，任务B会导致任务A延迟执行，不过比较好的是任务C抛异常不会影响到其他任务的调度。
可以说ScheduledThreadPoolExecutor适用于大部分场景，甚至就算timer提供的Date参数类型的开始时间也可以通过自己转的方式来实现。任务调度框架Quatz也是在ScheduledThreadPoolExecutor基础上实现的。
一般我们都使用单线程版的ScheduledThreadPoolExecutor居多，推荐通过以下方式来构建（构建后其线程数就不可更改）： 
ScheduledExecutorService pool = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();

总结

很多时候真的不可能记得住这些类库的特性，一不小心就会踩坑！比如我上面反复强调的要是任务执行过程抛出异常了会怎么怎么样，其实人家的API注释是有说明的。另外是不确定的还是用通过写demo来实践一下，看看是不是真的这样！还有就是除了看资料，写demo，还可以了解底层实现，这样了解得更透彻。比如在若只有一个任务需要调度的情况下，其实就算用Timer也是可以的。 如上文有不正确的地方，感谢指点出来！


参考

（1）Java 并发专题：Timer的缺陷 用ScheduledExecutorService替代
 （2）Timer与TimerTask的真正原理和使用介绍
（3）深度解析Java8 - ScheduledThreadPoolExecutor源码解析


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