Java Timer&TimerTask原理分析
如果你使用Java语言进行开发,对于定时执行任务这样的需求,自然而然会想到使用Timer和TimerTask完成任务,我最近就使用 Timer和TimerTask完成了一个定时执行的任务,实现得没有问题,但当在TimerTaks的run()方法中使用 Thread.sleep()方式时,可能会出现奇怪的现象,好像Timer失效了,网上查了一下,倒是有人遇到了相同的问题,但是并没有找到一篇解释为什么会出现这种情况,期待有某位达人能够分析清楚这个问题。
遇到了这样的问题,始终让我不爽,于是看了一下Timer的源码,先将了解到的内容整理如下,接下来再看看Thread.sleep()的源码,看能否找到问题所在。
在Java中,与定时任务执行相关的类很少,只有Timer、TimerTask、TimerThread、TaskQueue几个,其中每个类的职责大致如下:
Timer:一个Task的调度类,和TimerTask一样,暴露给最终用户使用的类,通过schedule方法安排Task的执行计划。该类通过TaskQueue和TimerThread类完成Task的调度。
TimerTask:实现Runnable接口,表明每一个任务均为一个独立的线程。通过run()方法提供用户定制自己任务。该类有一个比较重要的成员变量nextExecutionTime ,表示下一次执行该任务的时间。以后会看到,Timer机制就是靠这个值安排Task执行的。
TimerThread:继承于Thread,是真正执行Task的类。
TaskQueue:一个存储Task的数据结构,内部由一个最小堆实现,堆的每个成员为一个TimeTask,每个Task依靠其 nextExecutionTime值进行排序,也就是说,nextExecutionTime最小的任务在队列的最前端,从而能够现实最早执行。
要想使用Timer,用户只需要了解Timer和TimerTask,下面现已一个最基本的Timer和TimerTask使用案例入手,来看一下Timer内部的实现原理。
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import java.util.Timer; |
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import java.util.TimerTask; |
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import org.junit.Test; |
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class TestTimerTask extends TimerTask
{ |
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@Override |
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public void run()
{ |
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System.out.println( "TestTimerTask
is running......" ); |
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} |
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} |
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public class TimerTaskTest
{ |
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@Test |
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public void testTimerTask()
{ |
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Timer
timer = new Timer(); |
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timer.schedule( new TestTimerTask(), 0 , 10 ); |
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} |
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} |
上面的代码是一个典型的Timer&TimerTask的应用,下面先来看一下new Timer()干了什么事,其源码如下:
public Timer(String name) {
thread.setName(name); //thread为TimerThread实例。
thread.start();
}
从上面的源代码可以知道,创建Timer对象的同时也启动了TimerThread线程。下面来看看TimerThread干了什么事:
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public void run()
{ |
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try { |
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mainLoop(); //线程真正执行的代码在这个私有方法中 |
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} finally { |
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//
Someone killed this Thread, behave as if Timer cancelled |
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synchronized (queue)
{ |
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newTasksMayBeScheduled
= false ; |
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queue.clear(); //
Eliminate obsolete references |
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} |
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} |
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} |
接着来看看私有方法mainLoop()干了什么事:
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private void mainLoop()
{ |
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while ( true )
{ |
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try { |
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TimerTask
task; |
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boolean taskFired; //是否已经到达Task的执行时间,如果已经到达,设置为true,否则置为false |
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synchronized (queue)
{ |
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//
Wait for queue to become non-empty |
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while (queue.isEmpty()
&& newTasksMayBeScheduled) |
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queue.wait(); //由此可以看出,Timer通过wait
& notify 方法安排线程之间的同步 |
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if (queue.isEmpty()) |
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break ; //
Queue is empty and will forever remain; die |
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//
Queue nonempty; look at first evt and do the right thing |
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long currentTime,
executionTime; |
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task
= queue.getMin(); |
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synchronized (task.lock)
{ |
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if (task.state
== TimerTask.CANCELLED) { |
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queue.removeMin(); |
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continue ; //
No action required, poll queue again |
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} |
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currentTime
= System.currentTimeMillis(); |
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executionTime
= task.nextExecutionTime; |
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if (taskFired
= (executionTime<=currentTime)) { //Task的执行时间已到,设置taskFired为true |
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if (task.period
== 0 )
{ //
Non-repeating, remove |
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queue.removeMin(); //移除队列中的当前任务 |
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task.state
= TimerTask.EXECUTED; |
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} else { //
Repeating task, reschedule |
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queue.rescheduleMin( //重新设置任务的下一次执行时间 |
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task.period< 0 ?
currentTime - task.period |
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:
executionTime + task.period); |
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} |
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} |
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} |
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if (!taskFired) //
Task hasn't yet fired; wait |
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queue.wait(executionTime
- currentTime); //还没有执行时间,通过wait等待特定时间 |
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} |
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if (taskFired) //
Task fired; run it, holding no locks |
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task.run(); //已经到达执行时间,执行任务 |
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} catch (InterruptedException
e) { |
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} |
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} |
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} |
也就是说,一旦创建了Timer类的实例,就一直存在一个循环在遍历queue中的任务,如果有任务的话,就通过thread去执行该任务,否则线程通过wait()方法阻塞自己,由于没有任务在队列中,就没有必要继续thread中的循环。
上面提到,如果Timer的任务队列中不包含任务时,Timer中的TimerThread线程并不会执行,接着来看看为Timer添加任务后会出现怎样的情况。为Timer添加任务就是timer.schedule()干的事,schedule()方法直接调用Timer的私有方法 sched(),sched()是真正安排Task的地方,其源代码如下:
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private void sched(TimerTask
task, long time, long period)
{ |
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if (time
< 0 ) |
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throw new IllegalArgumentException( "Illegal
execution time." ); |
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synchronized (queue)
{ |
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11 |
if (!thread.newTasksMayBeScheduled) |
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throw new IllegalStateException( "Timer
already cancelled." ); |
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synchronized (task.lock)
{ |
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if (task.state
!= TimerTask.VIRGIN) //我喜欢virgin状态,其他状态表明该Task已经被schedule过了 |
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throw new IllegalStateException( |
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"Task
already scheduled or cancelled" ); |
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//设置Task下一次应该执行的时间,
由System.currentTimeMillis()+/-delay得到 |
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task.nextExecutionTime
= time; |
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task.period
= period; |
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task.state
= TimerTask.SCHEDULED; |
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} |
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queue.add(task); //queue为TaskQueue类的实例,添加任务到队列中 |
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if (queue.getMin()
== task) //获取队列中nextExecutionTime最小的任务,如果与当前任务相同 |
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queue.notify(); //还记得前面看到的queue.wait()方法么 |
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} |
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} |
不要奇怪,为什么要判断queue.getMin() == task时,才通过queue.notify()恢复执行。因为这种方式已经满足所有的唤醒要求了。
如果安排当前Task之前queue为空,显然上述判断为true,于是mainLoop()方法能够继续执行。
如果安排当前Task之前queue不为空,那么mainLoop()方法不会一直被阻塞,不需要notify方法调用。
调用该方法还有一个好处是,如果当前安排的Task的下一次执行时间比queue中其余Task的下一次执行时间都要小,通过notify方法可以提前打开queue.wait(executionTime - currentTime)方法对mainLoop()照成的阻塞,从而使得当前任务能够被优先执行,有点抢占的味道。
上述分析可以看出,Java中Timer机制的实现仅仅使用了JDK中的方法,通过wait & notify机制实现,其源代码也非常简单,但可以想到的是这种实现机制会对开发者造成一种困扰,sched()方法中可以看出,对于一个重复执行的任务,Timer的实现机制是先安排Task下一次执行的时间,然后再启动Task的执行,如果Task的执行时间大于下一次执行的间隔时间,可能出现不可预期的错误。当然,了解了Timer的实现原理,修改这种实现方式也就非常简单了。
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作者:分布式编程
出处:https://zthinker.com/
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