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java源码-定时工具类Timer的原理

文档中心 2022-05-23 19:14:18 37

Timer是jdk提供的定时任务执行器.

我们本文主要分析一下,Timer的工作原理.

一、Timer的使用方法

1.1.代码

package com.study.jdk.sched;import java.util.Timer;import java.util.TimerTask;public class TimerTest {    public static void main(String[] args) { Timer timer = new Timer(); long begin = System.currentTimeMillis(); timer.schedule(new TimerTask() {     @Override     public void run() {  System.out.println("执行定时逻辑:"+(System.currentTimeMillis()-begin));     } },1000,3000);    }}结果:执行定时逻辑:1002执行定时逻辑:4006执行定时逻辑:7011执行定时逻辑:10014执行定时逻辑:13018执行定时逻辑:16022执行定时逻辑:19027执行定时逻辑:22031执行定时逻辑:25034执行定时逻辑:28039执行定时逻辑:31043执行定时逻辑:34047执行定时逻辑:37052

二、Timer的原理和源码分析

2.1.原理图

在这里插入图片描述

Timer原理:

  1. Timer内部维护了一个优先队列,存储提交的TimerTask,TimerTask即用户要执行的定时逻辑,实现了Runnable接口
  2. 在创建一个Timer的时候,会创建一个TimerThread,可以设置以守护线程方式运行
  3. ThreadThread 以while(true)的方式,从优先队列queue中获取TimerTask,如果是周期性的,再重新将设置当前TimeTask的时间,优先队列执行fix逻辑,重新设置task位置
  4. 执行当前任务

2.2.代码分析

2.2.1.添加任务

Timer:

 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);    } private void sched(TimerTask task, long time, long period) { if (time < 0)     throw new IllegalArgumentException("Illegal execution time."); // Constrain value of period sufficiently to prevent numeric // overflow while still being effectively infinitely large. if (Math.abs(period) > (Long.MAX_VALUE >> 1))     period >>= 1; 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(); }    }

sched方法流程:

  1. 排他占有当前队列,这说明,在添加任务期间,无法从queue获取元素,即无法执行其他任务
  2. 判断当前Timer是否可用
  3. 获取当前任务的锁
  4. 判断当前任务状态,如果已经在调度状态或者取消,就不能添加,即添加过一次,就不能再添加
    1. 设置下次执行的时间配置
      1. 下次执行时间
      2. 周期时间(如果是周期执行的话)
      3. 任务状态,设置为SCHEDULED
  5. 添加到queue中
  6. 如果当前任务在是第一个待执行的,唤醒queue后面会说下,为什么要执行这一步唤醒

2.2.2.执行任务

Timer.TimerThread

class TimerThread extends Thread {    /**     * This flag is set to false by the reaper to inform us that there     * are no more live references to our Timer object.  Once this flag     * is true and there are no more tasks in our queue, there is no     * work left for us to do, so we terminate gracefully.  Note that     * this field is protected by queue's monitor!     */    boolean newTasksMayBeScheduled = true;    /**     * Our Timer's queue.  We store this reference in preference to     * a reference to the Timer so the reference graph remains acyclic.     * Otherwise, the Timer would never be garbage-collected and this     * thread would never go away.     */    private TaskQueue queue;    TimerThread(TaskQueue queue) { this.queue = queue;    }    public void run() { try {     mainLoop(); } finally {     // Someone killed this Thread, behave as if Timer cancelled     synchronized(queue) {  newTasksMayBeScheduled = false;  queue.clear();  // Eliminate obsolete references     } }    }    /**     * The main timer loop.  (See class comment.)     */    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) {     } }    }}  public void cancel() { synchronized(queue) {     thread.newTasksMayBeScheduled = false;     queue.clear();     queue.notify();  // In case queue was already empty. }    }

执行TimerTask的逻辑主要在mainLoop里面:

  1. 首先排他占有queue

  2. 第一个等待

    1. 当前任务队列为空和newTasksMayBeScheduled,该值默认为true
    2. 上面添加完任务,执行queue.notify,可能唤醒的是这个地方,如果当前当前任务是第一个添加的

  3. 接下来,再次判断queue是否为空,如果为空,结束循环.因为这时候newTasksMayBeScheduled已经被设置为false了,

    1. 当执行Timer.cancel方法时newTasksMayBeScheduled会被设置成false,并将当前队列清空,

  4. 获取下一个需要执行的task,即优先队列的第一个元素

  5. 获取当前task的锁

    1. 判断当前task状态,如果task已经被取消,从队列中移除,循环执行第一步操作
    2. 获取当前时间戳:currentTime,获取task执行的时间戳nextExecutionTime
    3. 如果nextExecutionTime 小于currentTime,则说明,当前任务需要立刻执行
      1. 如果当前任务不是周期性的,从队列移除
      2. 否则: 重新设置下次任务执行时间,加入优先队列queue
    4. 判断是否立刻执行
      1. 是:执行定时任务逻辑
      2. 否:queue.wait
        1. 如果在这里wait,当有新任务加入,并且新任务比该任务要提前执行,说明新加入的任务已经位于优先队列一个元素.
        2. 在上面的sched方法中,会执行queue.notify方法,唤醒锁,则该处的queue.wait方法,会被唤醒,继续执行while循环,获取第一个task,并执行它

我们从mainLoop方法,可以发现该逻辑有点想生产者-消费者模型:

  1. sched:增加新的任务
  2. mainLoop:消费任务
  3. 每次执行循环,都取优先队列,第一个任务.

三、注意事项

我们从上面代码分析可以得到以下信息:

  1. Timer执行定时逻辑是单线程的
  2. 如果一个定时逻辑TimerTask执行时间过长,会阻塞后面的执行,所以一定要避免,TimerTask里面的逻辑不会长时间阻塞
  3. 调用Timer.cancel会清空当前所有待执行的task,并关闭timer.

彭州一中

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