java中的任务调度之Timer定时器(基本案例和源码分析)

定时器相信大家都不陌生，平时使用定时器就像使用闹钟一样，我们可以在固定的时间做某件事，也可以在固定的时间段重复做某件事，今天就来分析一下java中自带的定时任务器Timer。

一、Timer基本使用

在Java中为我们提供了Timer来实现定时任务，当然现在还有很多定时任务框架，比如说Spring、QuartZ、Linux Cron等等，而且性能也更加优越。但是我们想要深入的学习就必须先从最简单的开始。

在Timer定时任务中，最主要涉及到了两个类：Timer和TimerTask。他们俩的关系也特别容易理解，TimerTask把我们得业务逻辑写好之后，然后使用Timer定时执行就OK了。我们来看一个最基本的案例：

这就是我们的TimerTask，我们单独写成类时候需要去继承TimerTask。然后呢我们写好了之后就可以使用Timer来执行了。

指定的流程很简单：

（1）第一步：创建一个Timer。

（2）第二步：创建一个TimerTask。

（3）第三步：使用Timer执行TimerTask。

其中第三步无疑是我们目前最关心的，也就是timer.schedule(myTask, 2000L, 1000L)。他的意思是myTask在两秒钟之后开始第一次执行，然后每隔一秒执行一次。这只是最基本的用法。就体现了Timer定时执行的流程。当然java中Timer还为我们提供了很多其他的方法。对此就有必要深入其源码看看了。

二、Timer源码分析

对于一个类的源码分析，我一贯的思路就是先从参数开始，然后构造方法，最后就是常用方法。下面我们就按照这个思路开始今天的源码分析，在这里基于jdk1.8。先给出一张整体类图：

1、参数

Timer的源码中为我们提供了两个最主要的参数TaskQueue和TimerThread。

上面的代码大概意思是这样的：

（1）TaskQueue：这是一个最小堆，它存放该Timer的所有TimerTask。

（2）TimerThread：执行TaskQueue中的任务，执行完从任务队列中移除。

所以上面这两个参数其实是配合着使用的，那这个TaskQueue是如何存放的呢？在这里我们不妨跟进去看看。

在这里我们只给出了一部分源码，不过这一部分是整个思想原理最核心的，上面英文的大概意思是;TaskQueue是一个平衡二叉堆，具有最小 nextExecutionTime 的 TimerTask 在队列中为 queue[1] ，也就是堆中的根节点。第 n 个位置 queue[n] 的子节点分别在 queue[2n] 和 queue[2n+1] 。不了解二叉堆的话，可以看看数据结构。

也就是说TimerTask 在堆中的位置其实是通过nextExecutionTime 来决定的。nextExecutionTime 越小，那么在堆中的位置越靠近根，越有可能先被执行。而nextExecutionTime意思就是下一次执行开始的时间。

还有一个TimerTask数组，默认大小是128个。

2、构造方法

构造方法就比较简单了，这里一共有四个：

（1）第一个：默认构造方法。

（2）第二个：在构造器中指定是否是守护线程。

（3）第三个：带有名字的构造方法。

（3）第四个：不仅带名字，还指定是否是守护线程。

不过我们需要注意一点的是，Timer在构造完成之后会启动一个后台线程用于执行TaskQueue里面的TimerTask 。

3、定时任务方法

在一开始我们提到，我们不仅可以在指定的时间执行某些任务，还可以在一段时间之后执行。我们对这些方法进行总结一下：

（1）schedule(task,time) 在时间等于或超过time的时候执行且只执行一次task，这个time表示的是例如2019年11月11日上午11点11分11秒。指的是时刻。

（2）schedule(task,time,period)

在时间等于或超过time的时候首次执行task，之后每隔period毫秒重复执行一次task 。这个time和上一个一样。

（3）schedule(task, delay)

在delay时间之后，执行且只执行一次task。这个delay表示的是延迟时间，比如说三秒后执行。

（4）schedule(task,delay,period)

在delay时间之后，开始首次执行task，之后每隔period毫秒重复执行一次task ，这个delay和上面的一样。

我们不如来看看源码：

这四个方法都执行了同一个方法sched，所以我们要弄清楚原理，就必须要再跟进去看看：

上面的代码我们来分析一下，最上面的if就是排除一下异常情况，最核心的就是synchronized里面的代码。首先将任务添加到队列中，然后根据nextExecutionTime调整队列。

添加任务add(task)：

维护最小堆：

上面就是Timer中如何执行的定时任务核心，但是还有一个方法，也是执行定时任务的。叫scheduleAtFixedRate

下面我们来分析一下，然后比较和上面的不同。

4、scheduleAtFixedRate方法

这个方法有两个：

（1）scheduleAtFixedRate(task, time, period)

在时间等于或超过time的时候首次执行task，之后每隔period毫秒重复执行一次task 。这个time表示的是例如2019年11月11日上午11点11分11秒。指的是时刻。

（2）scheduleAtFixedRate(task, delay, period)

在delay时间之后，开始首次执行task，之后每隔period毫秒重复执行一次task ，这个delay表示的是延迟时间，比如说三秒后执行。

既然上面都已经有了4个定时器，为什么这里还要再增加几个呢？我们来分析一下他们的区别：

分两种情况： ① 首次计划执行的时间 schedule：如果第一次执行时间被delay了，随后的执行时间按照上一次实际执行完的时间点进行计算 。scheduleAtFixedRate：如果第一次执行时间被delay了，随后的执行时间按上一次开始的时间进行计算，并且为了赶上进度会多次执行任务，因此TimerTask中的执行体需要考虑同步。

②任务执行所需时间 schedule方法：下一次执行时间会不断延后，因此参照的是上一次执行完成的时间点。scheduleAtFixedRate方法：下一次执行时间不会延后，因此存在并发性。我们可以看一下图：

5、其他方法

我们已经明白了如何创建Timer和执行定时任务，如果在执行的时候我们突然改变主意，想要取消怎么办呢？这里Timer当然为我们提供了。

（1）cancel：取消此计时器任务。

（2）scheduledExecutionTime()：返回此任务最近实际执行的安排执行时间。

6、任务调度

任务调度也就是说我们的线程如何去执行这些任务。其实在TimerThread调用了run来执行，我们看一下源码。

也就是说其实真正执行任务调度的是mainLoop()，synchronized代码块只是为了确保在执行完之后能够移除这个task。

而这个mainLoop方法的思想很简单，就是拿出任务队列中的第一个任务，如果执行时间还没有到，则继续等待，否则立即执行。源码在这里就不再给出了。

三、Timer缺陷

上面从源码的角度分析了一下Timer，因为用法很简单，主要是源码分析。说了这么多，Timer还是有一定的缺陷的，

1、Timer管理延时任务的缺陷

Timer在执行定时任务时只会创建一个线程，所以如果存在多个任务，且任务时间过长，超过了两个任务的间隔时间，会发生一些缺陷。我们看一个例子：

这个例子中的功能是这样的，第一个任务在1秒钟之后开始执行，第二个任务在2秒钟之后开始执行。

第一步：定义两个TimerTask

还有一个：

第二步：我们测试一下：

我们在上面的Task1中会发现，任务2不是应该在32秒的时候执行嘛，怎么会在4秒钟之后才执行。究其原因是任务1执行了3秒，但是线程只有一个，所以只能先把任务1执行完才去执行任务2。这就是其缺陷之一。

2、Timer当任务抛出异常时的缺陷

这个缺陷的意思是，其中有一个任务抛出了RuntimeException，那么所有的任务都会停止执行。这个演示起来很简单。

第一步：声明几个定时任务

第二步：测试

我们来看一下结果：

正是Timer有很多的缺陷，所以出现了Timer的替代品ScheduledExecutorService，用来解决上面出现的问题。而且也出现了很多优秀的框架。具体的我会在后续文章中介绍。

OK，今天的文章到这，欢迎批评指正。