定时器 Timer和TimerTask详解

时间：2022-06-02 00:14:25

如果要执行一些简单的定时器任务，无须做复杂的控制，也无须保存状态，那么可以考虑使用JDK 入门级的定期器Timer来执行重复任务。
 
一、原理
 
JDK中，定时器任务的执行需要两个基本的类：
    java.util.Timer;
    java.util.TimerTask;
 
要运行一个定时任务，最基本的步骤如下：
1、建立一个要执行的任务TimerTask。
2、创建一个Timer实例，通过Timer提供的schedule()方法，将 TimerTask加入到定时器Timer中，同时设置执行的规则即可。
 
当程序执行了Timer初始化代码后，Timer定时任务就会按照设置去执行。
 
Timer中的schedule()方法是有多种重载格式的，以适应不同的情况。该方法的格式如下：
 void schedule(TimerTask task, Date time)
          安排在指定的时间执行指定的任务。
 void schedule(TimerTask task, Date firstTime, long period)
          安排指定的任务在指定的时间开始进行重复的固定延迟执行。
 void schedule(TimerTask task, long delay)
          安排在指定延迟后执行指定的任务。
 void schedule(TimerTask task, long delay, long period)
          安排指定的任务从指定的延迟后开始进行重复的固定延迟执行。
 
Timer是线程安全的，此类可扩展到大量同时安排的任务（存在数千个都没有问题）。其所有构造方法都启动计时器线程。可以调用cancel() 终止此计时器，丢弃所有当前已安排的任务。purge()从此计时器的任务队列中移除所有已取消的任务。此类不提供实时保证：它使用 Object.wait(long) 方法来安排任务。
 
TimerTask是一个抽象类，由 Timer 安排为一次执行或重复执行的任务。它有一个抽象方法run()----计时器任务要执行的操作。因此，每个具体的任务类都必须继承TimerTask类，并且重写run()方法。另外它还有两个非抽象的方法：
 boolean cancel()
          取消此计时器任务。
 long scheduledExecutionTime()
          返回此任务最近实际 执行的安排 执行时间。
 
二、例子
 
下面用Timer实现一个简单例子：
 
package stu.timer;

import java.util.Date;
import java.util.TimerTask;


public class TestTimerTask extends TimerTask {
       
        public void run() {
                Date executeTime = new Date(this.scheduledExecutionTime());
                System.out.PRintln("本次任务执行的时间是" + executeTime);
        }
}
 
package stu.timer;

import java.util.Timer;
import java.util.TimerTask;


public class TestTimer {
        public static void main(String[] args) {
                Timer timer = new Timer();
                TimerTask task = new TestTimerTask();
                timer.schedule(task, 500L, 1000L);
        }
}
 
运行结果：
本次任务执行的时间是Thu Oct 09 09:47:57 CST 2008
本次任务执行的时间是Thu Oct 09 09:47:58 CST 2008
本次任务执行的时间是Thu Oct 09 09:47:59 CST 2008
本次任务执行的时间是Thu Oct 09 09:48:00 CST 2008
本次任务执行的时间是Thu Oct 09 09:48:01 CST 2008
本次任务执行的时间是Thu Oct 09 09:48:02 CST 2008
本次任务执行的时间是Thu Oct 09 09:48:03 CST 2008
本次任务执行的时间是Thu Oct 09 09:48:04 CST 2008
本次任务执行的时间是Thu Oct 09 09:48:05 CST 2008
        ......
--------------------------------------------------------------
1. Timer是一个线程安全的单线程的任务调度工具，对于任务的调度有如下几种调度方式
   -------------------------------------
   a. 当前时间+时延
   b. 当前时间+时延+任务执行间隔
   c. 当前时间+时延+任务执行周期
   d. 指定时间
   e. 指定时间+时延
   f. 指定时间+时延+任务执行间隔
   g. 指定时间+时延+任务执行周期
   -------------------------------------
   任务执行间隔和任务执行周期区别在于，对于任务执行间隔是指上一次执行开始到下一次执行
   之间的时间间隔，而任务执行周期是指从(指定时间+时延)或者(当前时间+时延)确定的时间点
   每隔周期长时间执行一次，看起来好像是么有什么区别，其实之间的区别就在于，对于
   a. 对于Timer而言，TimerTask执行的时间是不能很准确的确定的，它跟其前面的任务执行的时间
   是有关系的，例如其前面的任务执行了个死循环，那它是永久没有执行机会的
   b. 那么任务执行间隔类型任务期望执行的时间是不确定的，其具体的执行时间根本就不可能确定
   c. 那么任务执行周期类型任务期望执行的时间是确定的，而其具体的执行时间根本就不可能确定
   d. 有时间周期的任务是周期执行，而其他的任务只执行一次
   e. TimerTask是可以被取消的，只要设置其自己的状态属性就可以了
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2. 程序逻辑分析
   a. 数据结构
      1. Timer主要有两个数据结构，一个是使用最小堆数据结构实现的队列，另一个是调度任务执行的线程
      2. 线程执行逻辑是一个死循环
         a. 如果任务队列queue目前没有任务，则会进入休眠等待
         b. 当线程被唤醒有两种可能，一是有任务加入，一是Timer启动了关闭，如果是Timer启动了关闭则退出死循环
         c. 取出queue.top，处于TOP的任务是第一个需要执行的任务，如果任务已经被CANCEL则回到a
         d. 取系统当前时间，如果top期待的执行时间是小于等于当前时间则任务可以执行
         在执行前有如下操作：如果不是周期性任务则从任务队列中取出，如果是周期性任务
         又分任务执行间隔和任务执行周期，对于任务执行间隔将任务期望执行时间在
         当前时间基础上加上周期，对于任务执行周期则是在任务原本期待时间加上周期
         调整任务队列...
         如果top期待的执行时间是大于当前时间则线程休眠其差值
         e. 如果任务可以执行，则执行，注意么有cache运行时异常，所以注意传进来的任务异常
         要捕捉好，否则整个Timer就报废了...
         f. 这个线程是一个死循环，其退出死循环的条件就是2.a.2.b
   b. 关闭Timer主要操作是将任务队列queue抽空，等任务调度线程执行到2.a.2.b时退出
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1. 在使用Timer时注意TimerTask里面函数的异常捕捉，出现异常危害很大
2. Timer不能保证TimerTask按照指定的时间执行...
3. 调用Timer关闭函数和使线程退出是一样的，只能然其运行到某个标志退出处
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1. 一次性时间任务 – 将Runnable封装成ScheduledFutureTask再将这个对象加到一个最小堆实现的BlockingQueue中
    当指定的时间延迟过了后实际上执行的是FutureTask.run，其逻辑是如果目前Future的状态是初始状态再将状态设置成RUNNING
    这两个条件都满足了才会执行任务逻辑，任务逻辑正常执行完将计算结果放入存放结果的引用处，如果出现异常则将异常放入存放异常的引用处
    对这个任务调度可以调用函数cancel来取消任务调度，如果是在执行FutureTask.run里面的判断Future状态语句之前调用了cancel
    则在执行FutureTask.run时发现Future的状态不是初始状态任务就不执行了，如果是之后则任务已经开始执行，如果cancel带的参数
    是ture表示这种情况下要调用执行者interrupt，至于interrupt会不会有效不好说

2. 周期性时间任务 – 将Runnable封装成ScheduledFutureTask再将这个任务如上加到阻塞队列中，当需要执行这个任务时执行逻辑如下
   a. 调用FutureTask.innerRunAndReset这里面的逻辑是检查Future的状态是不是初始状态，如是设置成RUNNING，
       只有这两个条件都满足才执行任务逻辑，如果任务逻辑执行正常返回TRUE，只有这样很顺利的走下来才会将这个任务
       再一次加入到阻塞队列中去，这点要注意
   b. 如果执行cancel函数有三个点，一个是任务还没启动时第一次执行run逻辑时任务就不会执行，二个是任务执行期间如果调用了
       interrupt而且有效果则任务停止执行并且不会再加入到阻塞队列中去，三是任务执行完后再加入阻塞队列等待期间和一样
   c. 如果任务在执行过程中发生异常会导致任务不会再被加入到阻塞队列中去，而且导致一个工作线程的死亡，对这个线程池没有影响
   d. 对于异常导致的时间任务不再执行解决办法一是CATCH所有异常，而是自己重新封装一个时间任务调度器

以下内容根据 The JavaTM Tutorial 和相关API doc翻译整理，以供日后参考：

1.概览

Timer是一种定时器工具，用来在一个后台线程计划执行指定任务。它可以计划执行一个任务一次或反复多次。
TimerTask一个抽象类，它的子类代表一个可以被Timer计划的任务。

简单的一个例程：

import java.util.Timer;
import java.util.TimerTask;



public class Reminder {
    Timer timer;

    public Reminder(int seconds) {
        timer = new Timer();
        timer.schedule(new RemindTask(), seconds*1000);
    }

    class RemindTask extends TimerTask {
        public void run() {
            System.out.println("Time's up!");
            timer.cancel(); //Terminate the timer thread
        }
    }

    public static void main(String args[]) {
        System.out.println("About to schedule task.");
        new Reminder(5);
        System.out.println("Task scheduled.");
    }
}

运行这个小例子，你会首先看到：

About to schedule task.

5秒钟之后你会看到：

Time's up!
这个小例子可以说明一些用Timer线程实现和计划执行一个任务的基础步骤：
  • 实现自定义的TimerTask的子类，run方法包含要执行的任务代码，在这个例子里，这个子类就是RemindTask。
  • 实例化Timer类，创建计时器后台线程。
  • 实例化任务对象 (new RemindTask()).
  • 制定执行计划。这里用schedule方法，第一个参数是TimerTask对象，第二个参数表示开始执行前的延时时间（单位是milliseconds，这里定义了5000）。还有一种方法可以指定任务的执行时间，如下例，指定任务在11:01 p.m.执行：

 

 //Get the Date corresponding to 11:01:00 pm today.
Calendar calendar = Calendar.getInstance();
calendar.set(Calendar.HOUR_OF_DAY, 23);
calendar.set(Calendar.MINUTE, 1);
calendar.set(Calendar.SECOND, 0);
Date time = calendar.getTime();

timer = new Timer();
timer.schedule(new RemindTask(), time);

 

2.终止Timer线程

默认情况下，只要一个程序的timer线程在运行，那么这个程序就会保持运行。当然，你可以通过以下四种方法终止一个timer线程：

  • 调用timer的cancle方法。你可以从程序的任何地方调用此方法，甚至在一个timer task的run方法里。
  • 让timer线程成为一个daemon线程（可以在创建timer时使用new Timer(true)达到这个目地），这样当程序只有daemon线程的时候，它就会自动终止运行。
  • 当timer相关的所有task执行完毕以后，删除所有此timer对象的引用（置成null），这样timer线程也会终止。
  • 调用System.exit方法，使整个程序（所有线程）终止。

Reminder的例子使用了第一种方式。在这里不能使用第二种方式，因为这里需要程序保持运行直到timer的任务执行完成，如果设成daemon，那么当main线程结束的时候，程序只剩下timer这个daemon线程，于是程序不会等timer线程执行task就终止了。

有些时候，程序的终止与否并不只与timer线程有关。举个例子，如果我们使用AWT来beep，那么AWT会自动创建一个非daemon线程来保持程序的运行。下面的代码我们对Reminder做了修改，加入了beeping功能，于是我们需要加入System.exit的调用来终止程序。


 

import java.util.Timer;
import java.util.TimerTask;
import java.awt.Toolkit;



public class ReminderBeep {
    Toolkit toolkit;
    Timer timer;

    public ReminderBeep(int seconds) {
        toolkit = Toolkit.getDefaultToolkit();
        timer = new Timer();
        timer.schedule(new RemindTask(), seconds*1000);
    }

    class RemindTask extends TimerTask {
        public void run() {
            System.out.println("Time's up!");
    toolkit.beep();
    //timer.cancel(); //Not necessary because we call System.exit
    System.exit(0);   //Stops the AWT thread (and everything else)
        }
    }

    public static void main(String args[]) {
System.out.println("About to schedule task.");
        new ReminderBeep(5);
System.out.println("Task scheduled.");
    }
}

 


3.反复执行一个任务

先看一个例子：

public class AnnoyingBeep {
    Toolkit toolkit;
    Timer timer;

    public AnnoyingBeep() {
        toolkit = Toolkit.getDefaultToolkit();
        timer = new Timer();
        timer.schedule(new RemindTask(),
               0,        //initial delay
               1*1000);  //subsequent rate
    }

    class RemindTask extends TimerTask {
        int numWarningBeeps = 3;

        public void run() {
            if (numWarningBeeps > 0) {
                toolkit.beep();
                System.out.println("Beep!");
                numWarningBeeps--;
            } else {
                toolkit.beep(); 
                System.out.println("Time's up!");
                //timer.cancel(); //Not necessary because we call System.exit
                System.exit(0);   //Stops the AWT thread (and everything else)
            }
        }
    }
    ...
}

执行，你会看到如下输出：

Task scheduled.
Beep!      
Beep!      //one second after the first beep
Beep!      //one second after the second beep
Time's up! //one second after the third beep

 这里使用了三个参数的schedule方法用来指定task每隔一秒执行一次。如下所列为所有Timer类用来制定计划反复执行task的方法 ：
  • schedule(TimerTask task, long delay, long period)
  • schedule(TimerTask task, Date time, long period)
  • scheduleAtFixedRate(TimerTask task, long delay, long period)
  • scheduleAtFixedRate(TimerTask task, Date firstTime, long period)

当计划反复执行的任务时，如果你注重任务执行的平滑度，那么请使用schedule方法，如果你在乎的是任务的执行频度那么使用scheduleAtFixedRate方法。 例如，这里使用了schedule方法，这就意味着所有beep之间的时间间隔至少为1秒，也就是说，如果有一个beap因为某种原因迟到了（未按计划执行），那么余下的所有beep都要延时执行。如果我们想让这个程序正好在3秒以后终止，无论哪一个beep因为什么原因被延时，那么我们需要使用scheduleAtFixedRate方法，这样当第一个beep迟到时，那么后面的beep就会以最快的速度紧密执行（最大限度的压缩间隔时间）。

4.进一步分析schedule和scheduleAtFixedRate

（1）2个参数的schedule在制定任务计划时， 如果指定的计划执行时间scheduledExecutionTime<=systemCurrentTime，则task会被立即执行。scheduledExecutionTime不会因为某一个task的过度执行而改变。
（2）3个参数的schedule在制定反复执行一个task的计划时，每一次执行这个task的计划执行时间随着前一次的实际执行时间而变，也就是scheduledExecutionTime(第n+1次)=realExecutionTime(第n次)+periodTime。也就是说如果第n次执行task时，由于某种原因这次执行时间过长，执行完后的systemCurrentTime>=scheduledExecutionTime(第n+1次)，则此时不做时隔等待，立即执行第n+1次task，而接下来的第n+2次task的scheduledExecutionTime(第n+2次)就随着变成了realExecutionTime(第n+1次)+periodTime。说白了，这个方法更注重保持间隔时间的稳定。
（3）3个参数的scheduleAtFixedRate在制定反复执行一个task的计划时，每一次执行这个task的计划执行时间在最初就被定下来了，也就是scheduledExecutionTime(第n次)=firstExecuteTime+n*periodTime；如果第n次执行task时，由于某种原因这次执行时间过长，执行完后的systemCurrentTime>=scheduledExecutionTime(第n+1次)，则此时不做period间隔等待，立即执行第n+1次task，而接下来的第n+2次的task的scheduledExecutionTime(第n+2次)依然还是firstExecuteTime+（n+2)*periodTime这在第一次执行task就定下来了。说白了，这个方法更注重保持执行频率的稳定。

5.一些注意的问题

  • 每一个Timer仅对应唯一一个线程。
  • Timer不保证任务执行的十分精确。
  • Timer类的线程安全的。
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