Timer與TimerTask的真正原理&使用介紹

其實就timer來講就是一個排程器,而timertask呢隻是一個實作了run方法的一個類,而具體的timertask需要由你自己來實作,例如這樣:

這裡直接實作一個timertask(當然，你可以實作多個timertask，多個timertask可以被一個timer會被配置設定到多個timer中被排程，後面會說到timer的實作機制就是說内部的排程機制)，然後編寫run方法，20s後開始執行，每秒執行一次，當然你通過一個timer對象來操作多個timertask，其實timertask本身沒什麼意義，隻是和timer集合操作的一個對象，實作它就必然有對應的run方法，以被調用，他甚至于根本不需要實作runnable，因為這樣往往混淆視聽了，為什麼呢？也是本文要說的重點。

在說到timer的原理時，我們先看看timer裡面的一些常見方法：

這個方法是排程一個task，經過delay(ms)後開始進行排程，僅僅排程一次。

在指定的時間點time上排程一次。

這個方法是排程一個task，在delay（ms）後開始排程，每次排程完後，最少等待period（ms）後才開始排程。

和上一個方法類似，唯一的差別就是傳入的第二個參數為第一次排程的時間。

排程一個task，在delay(ms)後開始排程，然後每經過period(ms)再次排程，貌似和方法：schedule是一樣的，其實不然，後面你會根據源碼看到，schedule在計算下一次執行的時間的時候，是通過目前時間（在任務執行前得到） + 時間片，而scheduleatfixedrate方法是通過目前需要執行的時間（也就是計算出現在應該執行的時間）+ 時間片，前者是運作的實際時間，而後者是理論時間點，例如：schedule時間片是5s，那麼理論上會在5、10、15、20這些時間片被排程，但是如果由于某些cpu征用導緻未被排程，假如等到第8s才被第一次排程，那麼schedule方法計算出來的下一次時間應該是第13s而不是第10s，這樣有可能下次就越到20s後而被少排程一次或多次，而scheduleatfixedrate方法就是每次理論計算出下一次需要排程的時間用以排序，若第8s被排程，那麼計算出應該是第10s，是以它距離目前時間是2s，那麼再排程隊列排序中，會被優先排程，那麼就盡量減少漏掉排程的情況。

方法同上，唯一的差別就是第一次排程時間設定為一個date時間，而不是目前時間的一個時間片，我們在源碼中會詳細說明這些内容。

接下來看源碼

首先看timer的構造方法有幾種：

構造方法1：無參構造方法，簡單通過tiemer為字首構造一個線程名稱：

傳入是否為背景線程，如果設定為背景線程，則主線程結束後，timer自動結束，而無需使用cancel來完成對timer的結束

構造方法2：傳入了是否為背景線程，背景線程當且僅當程序結束時，自動登出掉。

另外兩個構造方法負責傳入名稱和将timer啟動：

這裡有一個thread，這個thread很明顯是一個線程，被包裝在了timer類中，我們看下這個thread的定義是：

而定義timerthread部分的是：

看到這裡知道了，timer内部包裝了一個線程，用來做獨立于外部線程的排程，而timerthread是一個default類型的，預設情況下是引用不到的，是被timer自己所使用的。

接下來看下有那些屬性

除了上面提到的thread，還有一個很重要的屬性是：

看名字就知道是一個隊列，隊列裡面可以先猜猜看是什麼，那麼大概應該是我要排程的任務吧，先記錄下了，接下來繼續向下看：

裡面還有一個屬性是：threadreaper，它是object類型，隻是重寫了finalize方法而已，是為了垃圾回收的時候，将相應的資訊回收掉，做gc的回補，也就是當timer線程由于某種原因死掉了，而未被cancel，裡面的隊列中的資訊需要清空掉，不過我們通常是不會考慮這個方法的，是以知道java寫這個方法是幹什麼的就行了。

接下來看排程方法的實作：

對于上面6個排程方法，我們不做一一列舉，為什麼等下你就知道了：

來看下方法：

的源碼如下：

這裡調用了另一個方法，将task傳入，第一個參數傳入system.currenttimemillis()+delay可見為第一次需要執行的時間的時間點了（如果傳入date，就是對象.gettime()即可，是以傳入date的幾個方法就不用多說了），而第三個參數傳入了0，這裡可以猜下要麼是時間片，要麼是次數啥的，不過等會就知道是什麼了；另外關于方法：sched的内容我們不着急去看他，先看下重載的方法中是如何做的

在看看方法：

public

void schedule(timertask task, long delay,long period)

源碼為：

看來也調用了方法sched來完成排程，和上面的方法唯一的排程時候的差別是增加了傳入的period，而第一個傳入的是0，是以确定這個參數為時間片，而不是次數，注意這個裡的period加了一個負數，也就是取反，也就是我們開始傳入1000，在調用sched的時候會變成-1000，其實最終閱讀完源碼後你會發現這個算是老外對于一種數字的了解，而并非有什麼特殊的意義，是以閱讀源碼的時候也有這些困難所在。

最後再看個方法是：

void scheduleatfixedrate(timertasktask,long delay,long period)

唯一的差別就是在period沒有取反，其實你最終閱讀完源碼，上面的取反沒有什麼特殊的意義，老外不想增加一個參數來表示scheduleatfixedrate，而scheduleatfixedrate和schedule的大部分邏輯代碼一緻，是以用了參數的範圍來作為區分方法，也就是當你傳入的參數不是正數的時候，你調用schedule方法正好是得到scheduleatfixedrate的功能，而調用scheduleatfixedrate方法的時候得到的正好是schedule方法的功能，呵呵，這些讨論沒什麼意義，讨論實質和重點：

來看sched方法的實作體：

queue為一個隊列，我們先不看他資料結構，看到他在做這個操作的時候，發生了同步，是以在timer級别，這個是線程安全的，最後将task相關的參數指派，主要包含nextexecutiontime（下一次執行時間），period（時間片），state（狀态），然後将它放入queue隊列中，做一次notify操作，為什麼要做notify操作呢？看了後面的代碼你就知道了。

簡言之，這裡就是講task放入隊列queue的過程，此時，你可能對queue的結構有些興趣，那麼我們先來看看queue屬性的結構taskqueue：

可見，taskqueue的結構很簡單，為一個數組，加一個size，有點像arraylist，是不是長度就128呢，當然不是，arraylist可以擴容，它可以，隻是會造成記憶體拷貝而已，是以一個timer來講，隻要内部的task個數不超過128是不會造成擴容的；内部提供了add(timertask)、size()、getmin()、get(int)、removemin()、quickremove(int)、reschedulemin(long newtime)、isempty()、clear()、fixup()、fixdown()、heapify()；

這裡面的方法大概意思是：

add(timertaskt)為增加一個任務

size()任務隊列的長度

getmin()擷取目前排序後最近需要執行的一個任務，下标為1，隊列頭部0是不做任何操作的。

get(inti)擷取指定下标的資料，當然包括下标0.

removemin()為删除目前最近執行的任務，也就是第一個元素，通常隻排程一次的任務，在執行完後，調用此方法，就可以将timertask從隊列中移除。

quickrmove(inti)删除指定的元素，一般來說是不會調用這個方法的，這個方法隻有在timer發生purge的時候，并且當對應的timertask調用了cancel方法的時候，才會被調用這個方法，也就是取消某個timertask，然後就會從隊列中移除（注意如果任務在執行中是，還是仍然在執行中的，雖然在隊列中被移除了），還有就是這個cancel方法并不是timer的cancel方法而是timertask，一個是排程器的，一個是單個任務的，最後注意，這個quickrmove完成後，是将隊列最後一個元素補充到這個位置，是以此時會造成順序不一緻的問題，後面會有方法進行回補。

reschedulemin(long newtime)是重新設定目前執行的任務的下一次執行時間，并在隊列中将其從新排序到合适的位置，而調用的是後面說的fixdown方法。

對于fixup和fixdown方法來講，前者是當新增一個task的時候，首先将元素放在隊列的尾部，然後向前找是否有比自己還要晚執行的任務，如果有，就将兩個任務的順序進行交換一下。而fixdown正好相反，執行完第一個任務後，需要加上一個時間片得到下一次執行時間，進而需要将其順序與後面的任務進行對比下。

其次可以看下fixdown的細節為：

這種方式并非排序，而是找到一個合适的位置來交換，因為并不是通過隊列逐個找的，而是每次移動一個二進制為，例如傳入1的時候，接下來就是2、4、8、16這些位置，找到合适的位置放下即可，順序未必是完全有序的，它隻需要看到距離排程部分的越近的是有序性越強的時候就可以了，這樣即可以保證一定的順序性，達到較好的性能。

最後一個方法是heapify，其實就是将隊列的後半截，全部做一次fixedown的操作，這個操作主要是為了回補quickremove方法，當大量的quickrmove後，順序被打亂後，此時将一半的區域做一次非常簡單的排序即可。

這些方法我們不在說源碼了，隻需要知道它提供了類似于arraylist的東西來管理，内部有很多排序之類的處理，我們繼續回到timer，裡面還有兩個方法是：cancel()和方法purge()方法，其實就cancel方法來講，一個取消操作，在測試中你會發現，如果一旦執行了這個方法timer就會結束掉，看下源碼是什麼呢：

貌似僅僅将隊列清空掉，然後設定了newtasksmaybescheduled狀态為false，最後讓隊列也調用了下notify操作，但是沒有任何地方讓線程結束掉，那麼就要回到我們開始說的timer中包含的thread為：timerthread類了，在看這個類之前，再看下timer中最後一個purge()類，當你對很多task做了cancel操作後，此時通過調用purge方法實作對這些cancel掉的類空間的回收，上面已經提到，此時會造成順序混亂，是以需要調用隊裡的heapify方法來完成順序的重排，源碼如下：

那麼排程呢，是如何排程的呢，那些notify，和清空隊列是如何做到的呢？我們就要看看timerthread類了，内部有一個屬性是：newtasksmaybescheduled，也就是我們開始所提及的那個參數在cancel的時候會被設定為false。

另一個屬性定義了

    private taskqueue queue;

也就是我們所調用的queue了，這下聯通了吧，不過這裡是queue是通過構造方法傳入的，傳入後指派用以操作，很明顯是timer傳遞給這個線程的，我們知道它是一個線程，是以執行的中心自然是run方法了，是以看下run方法的body部分是：

try很簡單，就一個mainloop，看名字知道是主循環程式，finally中也就是必然執行的程式為将參數為為false，并将隊列清空掉。

那麼最核心的就是mainloop了，是的，看懂了mainloop一切都懂了：

可以發現這個timer是一個死循環程式，除非遇到不能捕獲的異常或break才會跳出，首先注意這段代碼：

while (queue.isempty() &&newtasksmaybescheduled)

                        queue.wait();

循環體為循環過程中，條件為queue為空且newtasksmaybescheduled狀态為true，可以看到這個狀态其關鍵作用，也就是跳出循環的條件就是要麼隊列不為空，要麼是newtasksmaybescheduled狀态設定為false才會跳出，而wait就是在等待其他地方對queue發生notify操作，從上面的代碼中可以發現，當發生add、cancel以及在threadreaper調用finalize方法的時候會被調用，第三個我們基本可以不考慮其實發生add的時候也就是當隊列還是空的時候，發生add使得隊列不為空就跳出循環，而cancel是設定了狀态，否則不會進入這個循環，那麼看下面的代碼：

if (queue.isempty())

         break;

當跳出上面的循環後，如果是設定了newtasksmaybescheduled狀态為false跳出，也就是調用了cancel，那麼queue就是空的，此時就直接跳出外部的死循環，是以cancel就是這樣實作的，如果下面的任務還在跑還沒運作到這裡來，cancel是不起作用的。

接下來是擷取一個目前系統時間和上次預計的執行時間，如果預計執行的時間小于目前系統時間，那麼就需要執行，此時判定時間片是否為0，如果為0，則調用removemin方法将其移除，否則将task通過reschedulemin設定最新時間并排序：

這裡可以看到，period為負數的時候，就會被認為是按照按照目前系統時間+一個時間片來計算下一次時間，就是前面說的schedule和scheduleatfixedrate的差別了，其實内部是通過正負數來判定的，也許java是不想增加參數，而又想增加程式的可讀性，才這樣做，其實通過正負判定是有些詭異的，也就是你如果在schedule方法傳入負數達到的功能和scheduleatfixedrate的功能是一樣的，相反在scheduleatfixedrate方法中傳入負數功能和schedule方法是一樣的。

同時你可以看到period為0，就是隻執行一次，是以時間片正負0都用上了，呵呵，然後再看看mainloop接下來的部分：

if (!taskfired)// taskhasn't yet fired; wait

    queue.wait(executiontime- currenttime);

這裡是如果任務執行時間還未到，就等待一段時間，當然這個等待很可能會被其他的線程操作add和cancel的時候被喚醒，因為内部有notify方法，是以這個時間并不是完全準确，在這裡大多數情況下是考慮timer内部的task資訊是穩定的，cancel方法喚醒的話是另一回事。

最後：

if (taskfired) // task fired; run it, holding no locks

task.run();

如果線程需要執行，那麼調用它的run方法，而并非啟動一個新的線程或從線程池中擷取一個線程來執行，是以timertask的run方法并不是多線程的run方法，雖然實作了runnable，但是僅僅是為了表示它是可執行的，并不代表它必須通過線程的方式來執行的。

回過頭來再看看：

timer和timertask的簡單組合是多線程的嘛？不是，一個timer内部包裝了“一個thread”和“一個task”隊列，這個隊列按照一定的方式将任務排隊處理，包含的線程在timer的構造方法調用時被啟動，這個thread的run方法無限循環這個task隊列，若隊列為空且沒發生cancel操作，此時會一直等待，如果等待完成後，隊列還是為空，則認為發生了cancel進而跳出死循環，結束任務；循環中如果發現任務需要執行的時間小于系統時間，則需要執行，那麼根據任務的時間片從新計算下次執行時間，若時間片為0代表隻執行一次，則直接移除隊列即可。

但是是否能實作多線程呢？可以，任何東西是否是多線程完全看個人意願，多個timer自然就是多線程的，每個timer都有自己的線程處理邏輯，當然timer從這裡來看并不是很适合很多任務在短時間内的快速排程，至少不是很适合同一個timer上挂很多任務，在多線程的領域中我們更多是使用多線程中的：

executors.newscheduledthreadpool

來完成對排程隊列中的線程池的處理，内部通過new scheduledthreadpoolexecutor來建立線程池的executor的建立，當然也可以調用：

executors.unconfigurablescheduledexecutorservice

方法來建立一個delegatedscheduledexecutorservice其實這個類就是包裝了下下scheduleexecutor，也就是這隻是一個殼，英文了解就是被委派的意思，被托管的意思。