【JavaEE精炼宝库】多线程(7)定时器

目录

一、定时器的概念

二、标准库中的定时器

三、自己实现一个定时器

3.1 MyTimerTask 实现:

3.2 MyTimer 实现:


一、定时器的概念

定时器也是软件开发中的⼀个重要组件。类似于一个 "闹钟"。达到一个设定的时间之后,就执行某个指定好的代码(可以用来完成线程池里面的非核心线程的超时回收)。

定时器是一种实际开发中非常常用的组件。 比如网络通信中,如果对方 500ms 内没有返回数据,则断开连接尝试重连。比如⼀个 Map,希望里面的某个 key 在 3s 之后过期(自动删除)。类似于这样的场景就需要用到定时器。

二、标准库中的定时器

标准库中提供了⼀个 Timer 类。Timer 类的核心方法为 schedule。

schedule 包含两个参数。第⼀个参数指定即将要执行的任务代码,第二个参数指定多长时间之后 执行(单位为毫秒)。如下:

其中第一个参数 TimerTask 是一个抽象类,本质上还是实现了 Runnable 接口,所以我们就可以把它当作 Runnable 来使用即可。 

• 使用演示:

public class Main {public static void main(String[] args) {Timer timer = new Timer();timer.schedule(new TimerTask() {@Overridepublic void run() {System.out.println("hello 3000");}},3000);timer.schedule(new TimerTask() {@Overridepublic void run() {System.out.println("hello 2000");}},2000);timer.schedule(new TimerTask() {@Overridepublic void run() {System.out.println("hello 1000");}},1000);}
}

案例效果演示:

会间隔对应的时间打印。

三、自己实现一个定时器

我们在写代码之前要想好我们的需求是什么,也就是我们要实现什么,我们定时器的需求:1. 是能够延时执行任务 / 指定时间执行任务。2. 能够管理多个任务。

3.1 MyTimerTask 实现:

首先我们先实现任务,可以实现 Runnable 接口,或者采用把 Runnable 作为类参数,来进行实现。这里我们采用把 Runnable 作为类参数来进行实现。为了起到延时的效果,我们还需要一个 time 参数来保存绝对的时间。

为什么需要绝对时间呢?

答:这个其实很好理解,我们举一个栗子来解释:假如现在是早上 9 点,领导让你 1 小时之后去找他,也就是说我们应该在早上 10 点左右去找他,但是如果我们只是记录 1 个小时,那么随着时间的推移,我们不能够知道这个 1 小时之后,是哪个时间点的。当然我们可以采用倒计时的方法来实现,但是这样我们还要不停的维护,这个倒计时,倒不如直接记录绝对时间来的简单。

这里我们还需要实现 Comparable 接口,为什么还需要实现这个接口呢?

答:在 Timer 类中,任务不仅仅只有一个,且绝对时间大小与进入队列的顺序没有绝对关系,那么我们如何在队列中快速找到绝对时间最小的任务呢(如果绝对时间最小的任务都不满足执行时间,那么后面的任务绝对也不满足)?显然需要使用到优先级队列(小根堆)来存储任务,但是我们自定义的类不能比较,所以我们需要实现 Comparable 接口来重写 CompareTo 方法。

具体代码如下:

class MyTimerTask implements Comparable<MyTimerTask> {private long time;//绝对时间private Runnable runnable;//加上 private 体现封装性public MyTimerTask(Runnable runnable, long time) {this.runnable = runnable;this.time = time + System.currentTimeMillis();//绝对时间}public void run() {//方便后续调用runnable.run();}public long getTime(){return time;}//重写比较器,从小到大排序@Overridepublic int compareTo(MyTimerTask o) {return this.time >= o.time ? 1 : -1;}
}

3.2 MyTimer 实现:

这个就是我们要实现的定时器,通过上面在 MyTimerTask 的分析可知,我们这里需要优先级队列来辅助管理任务。同时还需要一个线程来不停的执行队列中的任务,并且还要提供一个 schedule 方法。所以总共要实现的东西有:

• 线程

• 优先级队列(小根堆)

• schedule 方法

• 保证线程安全(通过使用锁的方式要实现)

注意:这里我们不使用 Java 自带的优先级阻塞队列,原因是:优先级阻塞队列本身内部就有一个锁,我们为了保证线程安全,外面还要加一层锁,如果使用阻塞队列,那就是两个锁嵌套的情况,一不小心就会出现死锁的情况,所以倒不如我们同一处理,只使用一个锁即可。在自己实现阻塞队列的时候不能使用 continue 来循环等待(“忙等”),这样很消耗 CPU 资源,也不能使用 sleep 来进行阻塞,因为 sleep 不能释放锁(抱着锁睡),线程睡了就真的睡了,综上我们选择采用 wait 的方式来进行阻塞。

还有一些小细节在代码中都有标注释,这里就不再赘述了。 

具体代码如下:

• 大体框架:

线程一直不停的扫描队首元素,看看是否能执行这个任务。

class MyTimer {private Object locker = new Object();//不用阻塞优先级队列,因为有两个锁,一不小心就死锁了private PriorityQueue<MyTimerTask> heap = new PriorityQueue<MyTimerTask>();//因为有实现 comparable 所以 不用再传入比较器public MyTimer(){Thread thread = new Thread(() -> {try{while (true) {synchronized (locker) {if (heap.isEmpty()) {locker.wait();}MyTimerTask tmp = heap.peek();long curTime = System.currentTimeMillis();if (curTime >= tmp.getTime()) {//执行tmp.run();heap.poll();} else {//时间还未到locker.wait(tmp.getTime() - curTime);}}}}catch(InterruptedException e){//把异常统一处理throw new RuntimeException(e);}});thread.start();//线程启动}
}

• schedule 方法:

 Timer 类提供的核心方法为 schedule,用于注册一个任务,并指定这个任务多长时间后执行。这里加上锁有两个原因:1. 保证线程安全。2. 唤醒执行队列元素线程(如果在 wait 中的话)。

public void schedule(Runnable runnable,long delay){synchronized(locker){MyTimerTask task = new MyTimerTask(runnable,delay);heap.add(task);locker.notify();//这里必须要唤醒一下,因为添加新的任务后,绝对时间最小的不一定就是栈顶元素,要把新加入的元素一起考虑一下。}}

• 验证正确性:

还是上面在演示标准库 Timer 那里的案例。

public class demo1 {public static void main(String[] args) {MyTimer timer = new MyTimer();timer.schedule(new Runnable() {@Overridepublic void run() {System.out.println("hello 3000");}},3000);timer.schedule(new Runnable() {@Overridepublic void run() {System.out.println("hello 2000");}},2000);timer.schedule(new Runnable() {@Overridepublic void run() {System.out.println("hello 1000");}},1000);}
}

案例演示效果如下:

可以看到符合我们预期的效果🎉🎉🎉

我们现在实现的是单线程的定时器,也可以实现多线程的定时器,只需要加个 List 来管理多个线程即可。

这里可能有的友友就有疑问:这样保证不了准时执行,在一个时间段,如果任务非常多的情况下。

其实无论如何都无法保证时间准的,只要你短时间内插入海量的任务,超过了 CPU 能够负担的极限都会不准,我们最多能做的就是把误差控制到一定的范围(加硬件)。

结语:

其实写博客不仅仅是为了教大家,同时这也有利于我巩固知识点,和做一个学习的总结,由于作者水平有限,对文章有任何问题还请指出,非常感谢。如果大家有所收获的话还请不要吝啬你们的点赞收藏和关注,这可以激励我写出更加优秀的文章。

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