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【JAVA定时器】四种常见定时器的原理和简单实现

全栈程序员站长

发布于 2022-09-08 03:55:27

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大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

个人学习笔记分享，当前能力有限，请勿贬低，菜鸟互学，大佬绕道如有勘误，欢迎指出和讨论，本文后期也会进行修正和补充

前言

定时器顾名思义，即定时触发某个事件，分离开来，即包含三个因素：定时，触发，某个事件，本文也将以此为基础介绍五种常见的定时器

本文只做基于SpringBoot的示例，其余版本的请自行查阅资料，大同小异

1.介绍

1.1.目的

定时器的目的即为了在某个时间点，程序自身主动触发某个事件，而不需要外力去开启或者启动，以节省人力并统一管理

1.2.示例场景

管理系统，需要每日12点将前一天的数据进行备份，并生成历史数据统计
宿管系统，每日10点将所有未归人员统计出来，主动交由管理人员
硬件设备，需要每隔2分钟检查设备是否连接正常，设备异常需要更新状态到管理端，必要时通知有关人员
图书馆借书管理系统，每天12点需要检查即将超时和已超时归还的书籍，并通过短信或其他途径通知有关人员
手机下载管理系统，开启下载后每隔0.5s刷新一次下载进度，在下载完成或者长时间卡顿时告知用户
订单管理系统，用户下达订单后开需要在半小时内付款，成功付款则生成订单结果，超时未付款则自动取消订单

是不是觉得很常见？

1.3.常见实现方案

@Scheduled注解：基于注解
Timer().schedule创建任务：基于封装类Timer
线程：使用线程直接执行任务即可，可以与thread、线程池、ScheduleTask等配合使用
quartz配置定时器：基于spring的quartz框架

本文仅简述前3种，比较简单易懂，quartz会专门分离出来整理

2.@Scheduled注解

2.1.介绍：

使用注解标记需要定时执行的方法，并设置执行时间，便可使其在指定的时间执行指定方法

2.2.步骤：

使用注解@Scheduled标记目标方法，参数为执行时间
使用注解@EnableScheduling标记目标方法所在的类，或者直接标记项目启动类

2.3.注解：

注解@Scheduled为方法注解，用于标记某个方法在何时定时执行
需要配合另一个注解@EnableScheduling进行使用，该注解用于标记某个类，开启定时任务，通常标记在定时器所在的类，或者直接设置在项目启动类上

2.4.@Scheduled参数：

@Scheduled(fixedDelay = 5000)：方法执行完成后等待5秒再次执行

@Scheduled(fixedRate = 5000)：方法每隔5秒执行一次

@Scheduled(initialDelay=1000, fixedRate=5000)：延迟1秒后执行第一次，之后每隔5秒执行一次

fixedDelayString、fixedRateString、initialDelayString：与上诉三种作用一直，但参数为字符串类型，因而可以使用占位符，形如

@Scheduled(fixedDelayString = "${ 
     time.fixedDelay}")

@Scheduled(cron = "0 0,30 0,8 ? * ? ")：方法在每天的8点30分0秒执行，参数为字符串类型，那么同理也可使用占位符，cron表达式请另行查阅资料，推荐看这篇文章：https://www.jianshu.com/p/1defb0f22ed1

2.5.示例

示例1：每隔3秒执行一次

@Component
@EnableScheduling
public class ScheduleTest { 
   

    private int count = 0;

    /** * 每3秒钟执行一次 */
    @Scheduled(cron = "*/3 * * * * ?")
    public void test1() { 
   
        System.out.println(count + "：" + (new Date()).toString());
        count++;
    }
}

示例2：第一次等待10秒，之后每3秒一次

@Component
@EnableScheduling
public class ScheduleTest { 
   

    private int count = 0;

    /** * 第一次等待10秒，之后每3秒钟执行一次 */
    @Scheduled(initialDelay = 10000, fixedRate = 3000)
    public void test1() { 
   
        System.out.println(count + "：" + (new Date()).toString());
        count++;
    }

}

2.6.小结

优势：简单便捷，仅两行注解便完成了定时效果
劣势：所有参数和执行的方法必须提前写入代码里，可扩展性极低

3.Timer().schedule创建任务

3.1.样例

使用非常简单，这里先给出样例，在对照进行介绍

代码如下

package com.yezi_tool.demo_basic.test;

import org.springframework.stereotype.Component;

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

@Component
public class TimerTest { 
   
    private Integer count = 0;

    public TimerTest() { 
   
        testTimer();
    }

    public void testTimer() { 
   
        new Timer().schedule(new TimerTask() { 
   
            @Override
            public void run() { 
   
                try { 
   
                    //do Something
                    System.out.println(new Date().toString() + ": " + count);
                    count++;
                } catch (Exception e) { 
   
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, 0, 1000);
    }
}

执行结果

可以看到每隔1s打印一次count并自增1

3.2.介绍

核心包括Timer和TimerTask，均为jkd自带的工具类，代码量分别为721行和162行（包括注释），都不多，有兴趣的可以直接看看源码

3.2.1.TimerTask

TimerTask实际上就是一个Runnable而已，继承Runnable并添加了几个自定义的参数和方法，没啥好介绍的，有兴趣可以看源码

3.2.2.Timer

Timer字面意思即定时器，为jkd自带的工具类，提供定时执行任务的相关功能

实际上包括三个类：

Timer：即定时器主类，负责管理所有的定时任务，每个Timer拥有一个私有的TaskQueue和TimerThread，
TaskQueue：即任务队列，Timer生产任务，然后推到TaskQueue里存放，等待处理，被处理掉的任务即被移除掉 TaskQueue实质上只有一个长度为128的数组用于存储TimerTask、一个int型变量size表示队列长度、以及对这两个数据的增删改查
TimerThread：即定时器线程，线程会共享TaskQueue里面的数据，TimerThread会对TaskQueue里的任务进行消耗 TimerThread实际上就是一个Thread线程，会不停的监听TaskQueue，如果队列里面有任务，那么就执行第一个，并将其删除（先删除再执行）

流程分析

Timer生产任务（实际上是从外部接收到任务），并将任务推到TaskQueue里面存放，并唤醒TaskQueue线程（queue.notify()）
TimerThread监听TaskQueue，若里面有任务则将其执行并移除队里，若没有任务则让队列等待（queue.wait()）

这么一看，这不就是典型的==生产者/消费者模式==，timer负责生产（实际上是接受），而TimerThread负责消费，TaskQueue作为中转仓库

构造方法

构造的时候会设置定时器线程的名字并将其启动完整格式如下，其中两个参数均可缺省 public Timer(String name, boolean isDaemon)

name：即线程名，用于区分不同的线程，缺省的时候默认使用"Timer-" + serialNumber()生成唯一线程名
isDaemon：是否是守护线程，缺省的时候默认为否，有啥区别请自行了解，有机会的话我也会整理笔记

核心方法

核心方法有添加任务、取消任务和净化三种

添加任务有6中公用方法（实际最后使用同一种私有方法）
- schedule(TimerTask task, long delay)：指定任务task，在delay毫秒延迟后执行
- schedule(TimerTask task, Date time)：指定任务task，在time时间点执行一次
- schedule(TimerTask task, long delay, long period)：指定任务task，延迟delay毫秒后执行第一次，并在之后每隔period毫秒执行一次
- schedule(TimerTask task, Date firstTime, long period)：指定任务task，在firstTime的时候执行第一次，之后每隔period毫秒执行一次
- scheduleAtFixedRate(TimerTask task, long delay, long period)：作用与schedule一致
- scheduleAtFixedRate(TimerTask task, Date firstTime, long period)：作用与schedule一致
实际上最后都会使用sched(TimerTask task, long time, long period)，即指定任务task，在time执行第一次，之后每隔period毫秒执行一次 schedule使用系统时间计算下一次，即System.currentTimeMillis()+period 而scheduleAtFixedRate使用本次预计时间计算下一次，即time + period 对于耗时任务，两者区别较大，请按需求选择，瞬时任务无区别
取消任务方法：cancel()，会将任务队列清空，并堵塞线程，且不再能够接受任务（接受时报错），并不会销毁本身的实例和其内部的线程
净化方法：purge()，净化会将队列里所有被取消的任务移除，对剩余任务进行堆排序，并返回移除任务的数量

补充

如何保证第一个任务是执行时间最早的任务队列会在每一次添加任务和删除任务时，进行堆排序矫正，净化也会对剩余任务重新堆排序
cancel的时候线程如何处理定时器线程进行堵塞处理，并没有销毁，在执行当前任务后就不会执行下一次了，但是**线程并没有销毁** 所以尽量不要创建太多timer对象，会增加服务器负担

3.3.使用步骤

初始化Timer

Timer timer=new Timer();

初始化task

private class MyTask extends TimerTask { 
     
        @Override
        public void run() { 
     
            try { 
     
                //do Something
                System.out.println(new Date().toString() + ": " + count);
                count++;
            } catch (Exception e) { 
     
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

添加任务

timer.schedule(myTask, 5000, 3000);

完整代码：

4.线程

线程应该是最常见的实现方案，创建一个线程执行任务即可，举例几个不同的写法，代码如下

4.1.使用thread + runnable

package com.yezi_tool.demo_basic.test;

import org.springframework.stereotype.Component;

import java.util.Date;

@Component
public class ThreadTest { 
   

    private Integer count = 0;

    public ThreadTest() { 
   
        test1();
    }

    public void test1() { 
   
        new Thread(() -> { 
   
            while (count < 10) { 
   
                System.out.println(new Date().toString() + ": " + count);
                count++;
                try { 
   
                    Thread.sleep(3000);
                } catch (InterruptedException e) { 
   
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }).start();
    }
}

4.2.使用线程池 + runnable

package com.yezi_tool.demo_basic.test;

import org.springframework.stereotype.Component;

import java.util.Date;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

@Component
public class ThreadTest { 
   

    private static final ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(5);// 线程池
    private Integer count = 0;

    public ThreadTest() { 
   
        test2();
    }

    public void test2() { 
   
        threadPool.execute(() -> { 
   
            while (count < 10) { 
   
                System.out.println(new Date().toString() + ": " + count);
                count++;
                try { 
   
                    Thread.sleep(3000);
                } catch (InterruptedException e) { 
   
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
    }
}

4.3.使用ScheduledTask + runnable

ScheduledTask 有11种添加任务的方法，详情直接查看文件TaskScheduler.java，这里给出常用的几个示例

设置触发频率为3000毫秒

package com.yezi_tool.demo_basic.test;

import org.springframework.scheduling.TaskScheduler;
import org.springframework.stereotype.Component;

import java.util.Date;

@Component
public class ThreadTest { 
     

    private Integer count = 0;
    private final TaskScheduler taskScheduler;

    public ThreadTest(TaskScheduler taskScheduler) { 
     
        this.taskScheduler = taskScheduler;
        test3();
    }

    public void test3() { 
     
        taskScheduler.scheduleAtFixedRate(() -> { 
     
            System.out.println(new Date().toString() + ": " + count);
            count++;
        }, 3000);
    }
}

设置触发时间为每天凌晨1点

package com.yezi_tool.demo_basic.test;

import org.springframework.scheduling.TaskScheduler;
import org.springframework.scheduling.support.CronTrigger;
import org.springframework.stereotype.Component;

import java.util.Date;

@Component
public class ThreadTest { 
     

    private Integer count = 0;
    private final TaskScheduler taskScheduler;

    public ThreadTest(TaskScheduler taskScheduler) { 
     
        this.taskScheduler = taskScheduler;
        test4();
    }

    public void test4() { 
     
        taskScheduler.schedule(() -> { 
     
            System.out.println(new Date().toString() + ": " + count);
            count++;
        }, new CronTrigger("0 0 1 * * ?"));
    }
}