Java中的Timer与TimerTask原理详解

Timer与TimerTask

其实就Timer来讲就是一个调度器,而TimerTask呢只是一个实现了run方法的一个类,而具体的TimerTask需要由你自己来实现,例如这样:

Timer timer = new Timer(); timer.schedule(new TimerTask() { public void run() { System.out.println("abc"); } }, 200000 , 1000);

这里直接实现一个TimerTask(当然，你可以实现多个TimerTask，多个TimerTask可以被一个Timer会被分配到多个Timer中被调度，后面会说到Timer的实现机制就是说内部的调度机制)，然后编写run方法，20s后开始执行，每秒执行一次，当然你通过一个timer对象来操作多个timerTask，其实timerTask本身没什么意义，只是和timer集合操作的一个对象，实现它就必然有对应的run方法，以被调用，他甚至于根本不需要实现Runnable，因为这样往往混淆视听了，为什么呢？也是本文要说的重点。

在说到timer的原理时，我们先看看Timer里面的一些常见方法：

public void schedule(TimerTask task, long delay)

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, Date time)

在指定的时间点time上调度一次。

public void schedule(TimerTask task, long delay, long period)

这个方法是调度一个task，在delay（ms）后开始调度，每次调度完后，最少等待period（ms）后才开始调度。

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

调度一个task，在delay(ms)后开始调度，然后每经过period(ms)再次调度

貌似和方法：schedule是一样的，其实不然，后面你会根据源码看到，schedule在计算下一次执行的时间的时候，是通过当前时间（在任务执行前得到） + 时间片

而scheduleAtFixedRate方法是通过当前需要执行的时间（也就是计算出现在应该执行的时间）+ 时间片，前者是运行的实际时间，而后者是理论时间点

例如：schedule时间片是5s，那么理论上会在5、10、15、20这些时间片被调度，但是如果由于某些CPU征用导致未被调度，假如等到第8s才被第一次调度，那么schedule方法计算出来的下一次时间应该是第13s而不是第10s，这样有可能下次就越到20s后而被少调度一次或多次

而scheduleAtFixedRate方法就是每次理论计算出下一次需要调度的时间用以排序，若第8s被调度，那么计算出应该是第10s

所以它距离当前时间是2s，那么再调度队列排序中，会被优先调度，那么就尽量减少漏掉调度的情况。

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

方法同上，唯一的区别就是第一次调度时间设置为一个Date时间，而不是当前时间的一个时间片，我们在源码中会详细说明这些内容。

接下来看源码

源码

首先看Timer的构造方法有几种：

构造方法1：

无参构造方法，简单通过Tiemer为前缀构造一个线程名称：

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

传入是否为后台线程，如果设置为后台线程，则主线程结束后，timer自动结束，而无需使用cancel来完成对timer的结束

构造方法2：

传入了是否为后台线程，后台线程当且仅当进程结束时，自动注销掉。

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

另外两个构造方法负责传入名称和将timer启动：

public Timer(String name, boolean isDaemon) { thread.setName(name); thread.setDaemon(isDaemon); thread.start(); }

这里有一个thread，这个thread很明显是一个线程，被包装在了Timer类中，我们看下这个thread的定义是：

private TimerThread thread = new TimerThread(queue);

而定义TimerThread部分的是：

class TimerThread extends Thread {<!--{C}%3C!%2D%2D%20%2D%2D%3E-->

看到这里知道了，Timer内部包装了一个线程，用来做独立于外部线程的调度，而TimerThread是一个default类型的，默认情况下是引用不到的，是被Timer自己所使用的。

接下来看下有那些属性

除了上面提到的thread，还有一个很重要的属性是：

private TaskQueue queue = new TaskQueue();

看名字就知道是一个队列，队列里面可以先猜猜看是什么，那么大概应该是我要调度的任务吧，先记录下了，接下来继续向下看：

里面还有一个属性是：threadReaper，它是Object类型，只是重写了finalize方法而已，是为了垃圾回收的时候，将相应的信息回收掉，做GC的回补，也就是当timer线程由于某种原因死掉了，而未被cancel，里面的队列中的信息需要清空掉，不过我们通常是不会考虑这个方法的，所以知道java写这个方法是干什么的就行了。

接下来看调度方法的实现：

对于上面6个调度方法，我们不做一一列举，为什么等下你就知道了：

来看下方法：

public void schedule(TimerTask task, long delay)

的源码如下：

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

这里调用了另一个方法，将task传入，第一个参数传入System.currentTimeMillis()+delay可见为第一次需要执行的时间的时间点了（如果传入Date，就是对象.getTime()即可，所以传入Date的几个方法就不用多说了），而第三个参数传入了0，这里可以猜下要么是时间片，要么是次数啥的，不过等会就知道是什么了；另外关于方法：sched的内容我们不着急去看他，先看下重载的方法中是如何做的

在看看方法：

public void schedule(TimerTask task, long delay,long period)

源码为：

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); }

看来也调用了方法sched来完成调度，和上面的方法唯一的调度时候的区别是增加了传入的period，而第一个传入的是0，所以确定这个参数为时间片，而不是次数

注意这个里的period加了一个负数，也就是取反，也就是我们开始传入1000，在调用sched的时候会变成-1000

其实最终阅读完源码后你会发现这个算是老外对于一种数字的理解，而并非有什么特殊的意义，所以阅读源码的时候也有这些困难所在。

最后再看个方法是：

public void scheduleAtFixedRate(TimerTasktask,long delay,long period)

源码为：

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); }

唯一的区别就是在period没有取反，其实你最终阅读完源码，上面的取反没有什么特殊的意义，老外不想增加一个参数来表示scheduleAtFixedRate，而scheduleAtFixedRate和schedule的大部分逻辑代码一致，因此用了参数的范围来作为区分方法，也就是当你传入的参数不是正数的时候

你调用schedule方法正好是得到scheduleAtFixedRate的功能，而调用scheduleAtFixedRate方法的时候得到的正好是schedule方法的功能，呵呵，这些讨论没什么意义

讨论实质和重点：

来看sched方法的实现体：

private void sched(TimerTask task, long time, long period) { if (time < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal execution time."); 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(); } }

queue为一个队列，我们先不看他数据结构，看到他在做这个操作的时候，发生了同步，所以在timer级别，这个是线程安全的，最后将task相关的参数赋值，主要包含nextExecutionTime（下一次执行时间），period（时间片），state（状态），然后将它放入queue队列中，做一次notify操作，为什么要做notify操作呢？看了后面的代码你就知道了。

简言之，这里就是讲task放入队列queue的过程，此时，你可能对queue的结构有些兴趣，那么我们先来看看queue属性的结构TaskQueue：

class TaskQueue { private TimerTask[] queue = new TimerTask[128]; private int size = 0;

可见，TaskQueue的结构很简单，为一个数组，加一个size，有点像ArrayList，是不是长度就128呢，当然不是，ArrayList可以扩容，它可以，只是会造成内存拷贝而已，所以一个Timer来讲，只要内部的task个数不超过128是不会造成扩容的；内部提供了add(TimerTask)、size()、getMin()、get(int)、removeMin()、quickRemove(int)、rescheduleMin(long newTime)、isEmpty()、clear()、fixUp()、fixDown()、heapify()；

这里面的方法大概意思是：

• add(TimerTaskt)为增加一个任务
• size()任务队列的长度
• getMin()获取当前排序后最近需要执行的一个任务，下标为1，队列头部0是不做任何操作的。
• get(inti)获取指定下标的数据，当然包括下标0.
• removeMin()为删除当前最近执行的任务，也就是第一个元素，通常只调度一次的任务，在执行完后，调用此方法，就可以将TimerTask从队列中移除。
• quickRmove(inti)删除指定的元素，一般来说是不会调用这个方法的，这个方法只有在Timer发生purge的时候，并且当对应的TimerTask调用了cancel方法的时候，才会被调用这个方法，也就是取消某个TimerTask，然后就会从队列中移除（注意如果任务在执行中是，还是仍然在执行中的，虽然在队列中被移除了），还有就是这个cancel方法并不是Timer的cancel方法而是TimerTask，一个是调度器的，一个是单个任务的，最后注意，这个quickRmove完成后，是将队列最后一个元素补充到这个位置，所以此时会造成顺序不一致的问题，后面会有方法进行回补。
• rescheduleMin(long newTime)是重新设置当前执行的任务的下一次执行时间，并在队列中将其从新排序到合适的位置，而调用的是后面说的fixDown方法。

对于fixUp和fixDown方法来讲，前者是当新增一个task的时候，首先将元素放在队列的尾部，然后向前找是否有比自己还要晚执行的任务，如果有，就将两个任务的顺序进行交换一下。而fixDown正好相反，执行完第一个任务后，需要加上一个时间片得到下一次执行时间，从而需要将其顺序与后面的任务进行对比下。

其次可以看下fixDown的细节为：

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; } }

这种方式并非排序，而是找到一个合适的位置来交换，因为并不是通过队列逐个找的，而是每次移动一个二进制为，例如传入1的时候，接下来就是2、4、8、16这些位置，找到合适的位置放下即可，顺序未必是完全有序的，它只需要看到距离调度部分的越近的是有序性越强的时候就可以了，这样即可以保证一定的顺序性，达到较好的性能。

最后一个方法是heapify，其实就是将队列的后半截，全部做一次fixeDown的操作，这个操作主要是为了回补quickRemove方法，当大量的quickRmove后，顺序被打乱后，此时将一半的区域做一次非常简单的排序即可。

这些方法我们不在说源码了，只需要知道它提供了类似于ArrayList的东西来管理，内部有很多排序之类的处理，我们继续回到Timer，里面还有两个方法是：cancel()和方法purge()方法，其实就cancel方法来讲，一个取消操作，在测试中你会发现，如果一旦执行了这个方法timer就会结束掉，看下源码是什么呢：

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

貌似仅仅将队列清空掉，然后设置了newTasksMayBeScheduled状态为false，最后让队列也调用了下notify操作，但是没有任何地方让线程结束掉，那么就要回到我们开始说的Timer中包含的thread为：TimerThread类了，在看这个类之前，再看下Timer中最后一个purge()类，当你对很多Task做了cancel操作后，此时通过调用purge方法实现对这些cancel掉的类空间的回收，上面已经提到，此时会造成顺序混乱，所以需要调用队里的heapify方法来完成顺序的重排，源码如下：

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; }

那么调度呢，是如何调度的呢，那些notify，和清空队列是如何做到的呢？我们就要看看TimerThread类了，内部有一个属性是：newTasksMayBeScheduled，也就是我们开始所提及的那个参数在cancel的时候会被设置为false。

另一个属性定义了

    private TaskQueue queue;

也就是我们所调用的queue了，这下联通了吧，不过这里是queue是通过构造方法传入的，传入后赋值用以操作，很明显是Timer传递给这个线程的，我们知道它是一个线程，所以执行的中心自然是run方法了，所以看下run方法的body部分是：

public void run() { try { mainLoop(); } finally { synchronized(queue) { newTasksMayBeScheduled = false; queue.clear(); // Eliminate obsolete references } } }

try很简单，就一个mainLoop，看名字知道是主循环程序，finally中也就是必然执行的程序为将参数为为false，并将队列清空掉。

那么最核心的就是mainLoop了，是的，看懂了mainLoop一切都懂了：

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) { queue.removeMin(); continue; // No action required, poll queue again } currentTime = System.currentTimeMillis(); executionTime = task.nextExecutionTime; if (taskFired = (executionTime<=currentTime)) { if (task.period == 0) { // Non-repeating, remove queue.removeMin(); task.state = TimerTask.EXECUTED; } else { // Repeating task, reschedule queue.rescheduleMin( task.period<0 ? currentTime - task.period : executionTime + task.period); } } } if (!taskFired) // Task hasn't yet fired; wait queue.wait(executionTime - currentTime); } if (taskFired) // Task fired; run it, holding no locks task.run(); } catch(InterruptedException e) { } } }

可以发现这个timer是一个死循环程序，除非遇到不能捕获的异常或break才会跳出，首先注意这段代码：

while (queue.isEmpty() &&newTasksMayBeScheduled)                         queue.wait();

循环体为循环过程中，条件为queue为空且newTasksMayBeScheduled状态为true，可以看到这个状态其关键作用，也就是跳出循环的条件就是要么队列不为空，要么是newTasksMayBeScheduled状态设置为false才会跳出，而wait就是在等待其他地方对queue发生notify操作，从上面的代码中可以发现，当发生add、cancel以及在threadReaper调用finalize方法的时候会被调用，第三个我们基本可以不考虑其实发生add的时候也就是当队列还是空的时候，发生add使得队列不为空就跳出循环，而cancel是设置了状态，否则不会进入这个循环，那么看下面的代码：

if (queue.isEmpty())          break;

当跳出上面的循环后，如果是设置了newTasksMayBeScheduled状态为false跳出，也就是调用了cancel，那么queue就是空的，此时就直接跳出外部的死循环，所以cancel就是这样实现的，如果下面的任务还在跑还没运行到这里来，cancel是不起作用的。

接下来是获取一个当前系统时间和上次预计的执行时间，如果预计执行的时间小于当前系统时间，那么就需要执行，此时判定时间片是否为0，如果为0，则调用removeMin方法将其移除，否则将task通过rescheduleMin设置最新时间并排序：

currentTime = System.currentTimeMillis(); executionTime = task.nextExecutionTime; if (taskFired = (executionTime<=currentTime)) { if (task.period == 0) { // Non-repeating, remove queue.removeMin(); task.state = TimerTask.EXECUTED; } else { // Repeating task, reschedule queue.rescheduleMin( task.period<0 ? currentTime - task.period : executionTime + task.period); } }

这里可以看到，period为负数的时候，就会被认为是按照按照当前系统时间+一个时间片来计算下一次时间，就是前面说的schedule和scheduleAtFixedRate的区别了，其实内部是通过正负数来判定的，也许java是不想增加参数，而又想增加程序的可读性，才这样做，其实通过正负判定是有些诡异的，也就是你如果在schedule方法传入负数达到的功能和scheduleAtFixedRate的功能是一样的，相反在scheduleAtFixedRate方法中传入负数功能和schedule方法是一样的。

同时你可以看到period为0，就是只执行一次，所以时间片正负0都用上了，呵呵，然后再看看mainLoop接下来的部分：

if (!taskFired)// Taskhasn't yet fired; wait queue.wait(executionTime- currentTime);

这里是如果任务执行时间还未到，就等待一段时间，当然这个等待很可能会被其他的线程操作add和cancel的时候被唤醒，因为内部有notify方法，所以这个时间并不是完全准确，在这里大多数情况下是考虑Timer内部的task信息是稳定的，cancel方法唤醒的话是另一回事。

最后：

if (taskFired) // Task fired; run it, holding no locks task.run();

如果线程需要执行，那么调用它的run方法，而并非启动一个新的线程或从线程池中获取一个线程来执行，所以TimerTask的run方法并不是多线程的run方法，虽然实现了Runnable，但是仅仅是为了表示它是可执行的，并不代表它必须通过线程的方式来执行的。

总结

Timer和TimerTask的简单组合是多线程的嘛？

不是，一个Timer内部包装了“一个Thread”和“一个Task”队列，这个队列按照一定的方式将任务排队处理，包含的线程在Timer的构造方法调用时被启动，这个Thread的run方法无限循环这个Task队列，若队列为空且没发生cancel操作，此时会一直等待，如果等待完成后，队列还是为空，则认为发生了cancel从而跳出死循环，结束任务；

循环中如果发现任务需要执行的时间小于系统时间，则需要执行，那么根据任务的时间片从新计算下次执行时间，若时间片为0代表只执行一次，则直接移除队列即可。

但是是否能实现多线程呢？

可以，任何东西是否是多线程完全看个人意愿，多个Timer自然就是多线程的，每个Timer都有自己的线程处理逻辑，当然Timer从这里来看并不是很适合很多任务在短时间内的快速调度，至少不是很适合同一个timer上挂很多任务，在多线程的领域中我们更多是使用多线程中的：

Executors.newScheduledThreadPool

来完成对调度队列中的线程池的处理，内部通过new ScheduledThreadPoolExecutor来创建线程池的Executor的创建，当然也可以调用：

Executors.unconfigurableScheduledExecutorService

方法来创建一个DelegatedScheduledExecutorService其实这个类就是包装了下下scheduleExecutor，也就是这只是一个壳，英文理解就是被委派的意思，被托管的意思。

到此这篇关于Java中的Timer与TimerTask原理详解的文章就介绍到这了,更多相关Timer与TimerTask原理内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！