Java定时器如何实现

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一、定时器

定时器相当于一个任务管理器。有些任务可能现在执行， 有些任务可能过1个小时，甚至很久才会执行。定时器就是对这些任务进行管理监视， 如果一个任务执行时间到了，定时器就会将这个任务执行。 保证所有的任务都会在合适的时间执行。

二、定时器的实现

对于定时器的实现，我们可以划分为3个部分。

1、 使用一个Task类描述每一个任务（里面包含任务的执行方法， 定时时间）。
2、 使用优先级队列管理这些任务类。

2.1 我们都知道优先级队列底层实现是堆（以小根堆为例）, 堆顶的元素是所有的元素的最小值。 我们以任务的定时时间为比较原则构建， 这样就可以保证堆顶元素的任务执行时间是最短的（这样的实现，我们需要在Task类内部定义比较规则-即重写Comparable接口的CompareTo方法）。

2.2 当一个任务执行完毕， 就会从优先级队列取出poll掉， 然后内部重新组织保证新的堆顶元素是定时时间最短的。

2.3 如果说堆顶的任务定时时间还没有到达（当然后续的任务定时时间肯定会更长，不会被执行）

3、使用一个线程循环扫描优先级队列， 相当于一个监控线程，循环判断堆顶任务是否满足执行时间。

三、定时器的组成

1、制定任务类Task

Task类包含任务的 执行方法 和 定时时间。

1.1 执行方法我采用封装Runnable中run方法实现， 这样做是为了后续添加任务时方便写执行逻辑。
1.2 定时时间就是long类型的变量
1.3 制定比较规则， 后续优先级队列中存放的是Task对象（而在内部构建时，需要比较两个Task对象的），对于对象的比较， 我们以对象的定时时间为规则， 制定小根堆。

static class Task implements Comparable{        //Runnable类中有一个run方法， 通过这个方法实现任务的执行        private Runnable command;        //time表示执行的时间        private long time;        //构造方法        public Task(Runnable command, long time) {            this.command = command;            this.time = System.currentTimeMillis() + time;  //将时间转化为绝对时间        }        //执行任务的逻辑        public void run() {            command.run();        }        //定义比较方法 - 方便后续的优先级队列构建        @Override        public int compareTo(Task o) {            return (int)(this.time - o.time);        }    }

2、监管线程&定时器对象Timer

监管线程Worker中包含优先级队列（小根堆）queue 和 循环监管的流程。

Timer对象封装了监管线程Woker 和 任务的添加方法schedule()

关于监管线程的优化

2.1 循环监控存在一个弊端，那就是一直循环判断， 占用CPU资源。
（假如堆首任务的执行是1小时后， 再次期间监管线程会跑1小时循环判断。）

解决方法： 可以通过线程阻塞和唤醒来解决。在下面代码有详细注释和实现。

2.1.1 如果任务1小时后执行， 我们让监管线程wait(1小时)， 但在此期间如果有新的任务添加进来（可能新的任务需要等30分钟就可以执行，堆首元素发生变化） ，这时需要唤醒监管线程来重新判断。（由于wait和notify方法不在用一个类中实现， 我们通过一个Object(mailBox)来阻塞、唤醒）

//检测线程， 继承Thread类，重写内部run方法，属于线程的创建方法之一。    static class Worker extends Thread {     //优先级队列 - JUC包里面        private PriorityBlockingQueue queue = null;        //为了对监管线程进行阻塞和唤醒，采用同一对象        private Object mailBox = null;    //构造函数        public Worker(PriorityBlockingQueue queue, Object mailBox) {            this.queue = queue;            this.mailBox = mailBox;        }        @Override        public void run() {            //实现具体的执行逻辑            while(true) {                try {                    //1、取优先级队列的队首元素                    Task task = queue.peek();                    //2、比较队首的元素的时间是否大于当前时间                    if(task == null) {                        continue;                    }                    long curTime = System.currentTimeMillis();                    if(task.time > curTime) {                        //时间还没有到， 由于取出了任务， 需要重新放置回去                        //优化1： 空循环等待 - wait(time) 让线程休眠time时间，然后在执行                        //       如果在等待期间有新的任务添加， 这个时候我们唤醒线程， 继续判断（因为存在新的时间过短需要立即执行）                        //       这个只需要添加一个新任务时， 唤醒即可                        //优化2： 访问队首元素而不是取出， 防止无所谓的删除、插入。（维护优先级队列是有消耗的）                        long gapTime = task.time - curTime;                        synchronized (mailBox) {                            mailBox.wait(gapTime);                        }                    }                    else {                        //直接执行                        //如果执行到了， 则会删除头部元素， 调用任务的执行过程。                        task = queue.take();                        task.run();                    }                }                catch(InterruptedException e) {                    e.printStackTrace();                    break;                }            }        }    }    //定时器简单实现    static class Timer {        //定时器的实现步骤        //1、用一个类描述任务        //2、用优先级队列管理这些任务， 比较方法通过任务的制定时间，每次取队首元素        //   队首元素是执行时间最近的        private PriorityBlockingQueue queue = new PriorityBlockingQueue<>();        //3、用一个线程来循环扫描当前的阻塞队列，判断队首的执行时间， 如果执行时间到了，那就执行。        //4、创建一个Object对象，用于设置线程阻塞使用的， 存在线程阻塞， 添加任务时唤醒的操作        private Object mailBox = new Object();        //构造函数        public Timer() {            //创建线程            Worker worker = new Worker(queue, mailBox);            worker.start();        }        //4、提供一个方法， 让调用者能够把任务安排起来        public void schedule(Runnable command, long time) {            Task task = new Task(command, time);            queue.put(task);            synchronized (mailBox) {                mailBox.notify();            }        }    }

3、测试代码

其中添加了4个任务， 分别是2s、5s、7s、10s后执行。

public static void main(String[] args) {        Timer timer = new Timer();        timer.schedule(new Runnable() {            @Override            public void run() {                System.out.println("郝梦武一号任务执行， 执行代号:闪电；  定时时间:2s");            }        }, 2000);        timer.schedule(new Runnable() {            @Override            public void run() {                System.out.println("郝梦武二号任务执行， 执行代号:暴风；  定时时间:5s");            }        }, 5000);        timer.schedule(new Runnable() {            @Override            public void run() {                System.out.println("郝梦武三号任务执行， 执行代号:狂风；  定时时间:7s");            }        }, 7000);        timer.schedule(new Runnable() {            @Override            public void run() {                System.out.println("郝梦武三号任务执行， 执行代号:地震；  定时时间:10s");            }        }, 10000);    }

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