Java并發編程：Timer和TimerTask（轉載）
Java并發編程：Timer和TimerTask（轉載）
下面內容轉載自：
http://blog.csdn.net/xieyuooo/article/details/8607220
其實就Timer來講就是一個調度器,而TimerTask呢只是一個實現了run方法的一個類,而具體的TimerTask需要由你自己來實現,例如這樣:
Timer timer = new Timer();
timer.schedule(new TimerTask() {
public void run() {
System.out.println("abc");
}
}, 200000 , 1000);
這里直接實現一個TimerTask(當然，你可以實現多個TimerTask，多個TimerTask可以被一個Timer會被分配到多個Timer中被調度，后面會說到Timer的實現機制就是說內部的調度機制)，然后編寫run方法，20s后開始執行，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本身沒什么意義，只是和timer集合操作的一個對象，實現它就必然有對應的run方法，以被調用，他甚至于根本不需要實現Runnable，因為這樣往往混淆視聽了，為什么呢？也是本文要說的重點。
在說到timer的原理時，我們先看看Timer里面的一些常見方法：
public void schedule(TimerTask task, long delay)
這個方法是調度一個task，經過delay(ms)后開始進行調度，僅僅調度一次。
public void schedule(TimerTask task, Date time)
在指定的時間點time上調度一次。
public void schedule(TimerTask task, long delay, long period)
這個方法是調度一個task，在delay（ms）后開始調度，每次調度完后，最少等待period（ms）后才開始調度。
public void schedule(TimerTask task, Date firstTime, long period)
和上一個方法類似，唯一的區別就是傳入的第二個參數為第一次調度的時間。
public void scheduleAtFixedRate(TimerTask task, long delay, long period)
調度一個task，在delay(ms)后開始調度，然后每經過period(ms)再次調度，貌似和方法：schedule是一樣的，其實不然，后面你會根據源碼看到，schedule在計算下一次執行的時間的時候，是通過當前時間（在任務執行前得到） + 時間片，而scheduleAtFixedRate方法是通過當前需要執行的時間（也就是計算出現在應該執行的時間）+ 時間片，前者是運行的實際時間，而后者是理論時間點，例如：schedule時間片是5s，那么理論上會在5、10、15、20這些時間片被調度，但是如果由于某些CPU征用導致未被調度，假如等到第8s才被第一次調度，那么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后而被少調度一次或多次，而scheduleAtFixedRate方法就是每次理論計算出下一次需要調度的時間用以排序，若第8s被調度，那么計算出應該是第10s，所以它距離當前時間是2s，那么再調度隊列排序中，會被優先調度，那么就盡量減少漏掉調度的情況。
public void scheduleAtFixedRate(TimerTask task, Date firstTime,long period)
方法同上，唯一的區別就是第一次調度時間設置為一個Date時間，而不是當前時間的一個時間片，我們在源碼中會詳細說明這些內容。
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為前綴構造一個線程名稱：
public Timer() {
this("Timer-" + serialNumber());
}
創建的線程不為主線程，則主線程結束后，timer自動結束，而無需使用cancel來完成對timer的結束。
構造方法2：傳入了是否為后臺線程，后臺線程當且僅當進程結束時，自動注銷掉。public Timer(boolean isDaemon) {
this("Timer-" + serialNumber(), isDaemon);
}
另外兩個構造方法負責傳入名稱和將timer啟動：
public Timer(String name, boolean isDaemon) {
thread.setName(name);
thread.setDaemon(isDaemon);
thread.start();
}
這里有一個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：
private TimerThread thread = new TimerThread(queue);
而定義TimerThread部分的是：
class TimerThread extends Thread {
看到這里知道了，Timer內部包裝了一個線程，用來做獨立于外部線程的調度，而TimerThread是一個default類型的，默認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：
private TaskQueue queue = new TaskQueue();
看名字就知道是一個隊列，隊列里面可以先猜猜看是什么，那么大概應該是我要調度的任務吧，先記錄下了，接下來繼續向下看：
里面還有一個屬性是：threadReaper，它是Object類型，只是重寫了finalize方法而已，是為了垃圾回收的時候，將相應的信息回收掉，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，里面的隊列中的信息需要清空掉，不過我們通常是不會考慮這個方法的，所以知道java寫這個方法是干什么的就行了。
接下來看調度方法的實現：
對于上面6個調度方法，我們不做一一列舉，為什么等下你就知道了：
來看下方法：
public void schedule(TimerTask task, long delay)
的源碼如下：
public void schedule(TimerTask task, long delay) {
if (delay < 0)
throw new IllegalArgumentException("Negative delay.");
sched(task, System.currentTimeMillis()+delay, 0);
}
這里調用了另一個方法，將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，所以傳入Date的幾個方法就不用多說了），而第三個參數傳入了0，這里可以猜下要么是時間片，要么是次數啥的，不過等會就知道是什么了；另外關于方法：sched的內容我們不著急去看他，先看下重載的方法中是如何做的
再看看方法：
public void schedule(TimerTask task, long delay,long period)
源碼為：
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);
}
看來也調用了方法sched來完成調度，和上面的方法唯一的調度時候的區別是增加了傳入的period，而第一個傳入的是0，所以確定這個參數為時間片，而不是次數，注意這個里的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后你會發現這個算是老外對于一種數字的理解，而并非有什么特殊的意義，所以閱讀源碼的時候也有這些困難所在。
最后再看個方法是：
public void scheduleAtFixedRate(TimerTasktask,long delay,long period)
源碼為：
public void scheduleAtFixedRate(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);
}
唯一的區別就是在period沒有取反，其實你最終閱讀完源碼，上面的取反沒有什么特殊的意義，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致，因此用了參數的范圍來作為區分方法，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，這些討論沒什么意義，討論實質和重點：
來看sched方法的實現體：
private void sched(TimerTask task, long time, long period) {
if (time < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal execution time.");
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();
}
}
queue為一個隊列，我們先不看他數據結構，看到他在做這個操作的時候，發生了同步，所以在timer級別，這個是線程安全的，最后將task相關的參數賦值，主要包含nextExecutionTime（下一次執行時間），period（時間片），state（狀態），然后將它放入queue隊列中，做一次notify操作，為什么要做notify操作呢？看了后面的代碼你就知道了。
簡言之，這里就是講task放入隊列queue的過程，此時，你可能對queue的結構有些興趣，那么我們先來看看queue屬性的結構TaskQueue：
class TaskQueue {
private TimerTask[] queue = new TimerTask[128];
private int size = 0;
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，只是會造成內存拷貝而已，所以一個Timer來講，只要內部的task個數不超過128是不會造成擴容的；內部提供了add(TimerTask)、size()、getMin()、get(int)、removeMin()、quickRemove(int)、rescheduleMin(long newTime)、isEmpty()、clear()、fixUp()、fixDown()、heapify()；
這里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()獲取當前排序后最近需要執行的一個任務，下標為1，隊列頭部0是不做任何操作的。
get(inti)獲取指定下標的數據，當然包括下標0.
removeMin()為刪除當前最近執行的任務，也就是第一個元素，通常只調度一次的任務，在執行完后，調用此方法，就可以將TimerTask從隊列中移除。
quickRmove(inti)刪除指定的元素，一般來說是不會調用這個方法的，這個方法只有在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，然后就會從隊列中移除（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，一個是調度器的，一個是單個任務的，最后注意，這個quickRmove完成后，是將隊列最后一個元素補充到這個位置，所以此時會造成順序不一致的問題，后面會有方法進行回補。
rescheduleMin(long newTime)是重新設置當前執行的任務的下一次執行時間，并在隊列中將其從新排序到合適的位置，而調用的是后面說的fixDown方法。
對于fixUp和fixDown方法來講，前者是當新增一個task的時候，首先將元素放在隊列的尾部，然后向前找是否有比自己還要晚執行的任務，如果有，就將兩個任務的順序進行交換一下。而fixDown正好相反，執行完第一個任務后，需要加上一個時間片得到下一次執行時間，從而需要將其順序與后面的任務進行對比下。
其次可以看下fixDown的細節為：
private void fixDown(int k) {
int j;
while ((j = k << 1) <= size && j > 0) {
if (j < size &&
queue[j].nextExecutionTime > queue[j+1].nextExecutionTime)
j++; // j indexes smallest kid
if (queue[k].nextExecutionTime <= queue[j].nextExecutionTime)
break;
TimerTask tmp = queue[j]; queue[j] = queue[k]; queue[k] = tmp;
k = j;
}
}
這種方式并非排序，而是找到一個合適的位置來交換，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，找到合適的位置放下即可，順序未必是完全有序的，它只需要看到距離調度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。
最后一個方法是heapify，其實就是將隊列的后半截，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后，順序被打亂后，此時將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，只需要知道它提供了類似于ArrayList的東西來管理，內部有很多排序之類的處理，我們繼續回到Timer，里面還有兩個方法是：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，看下源碼是什么呢：
public void cancel() {
synchronized(queue) {
thread.newTasksMayBeScheduled = false;
queue.clear();
queue.notify(); // In case queue was already empty.
}
}
貌似僅僅將隊列清空掉，然后設置了newTasksMayBeScheduled狀態為false，最后讓隊列也調用了下notify操作，但是沒有任何地方讓線程結束掉，那么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中最后一個purge()類，當你對很多Task做了cancel操作后，此時通過調用purge方法實現對這些cancel掉的類空間的回收，上面已經提到，此時會造成順序混亂，所以需要調用隊里的heapify方法來完成順序的重排，源碼如下：
public int purge() {
int result = 0;
synchronized(queue) {
for (int i = queue.size(); i > 0; i--) {
if (queue.get(i).state == TimerTask.CANCELLED) {
queue.quickRemove(i);
result++;
}
}
if (result != 0)
queue.heapify();
}
return result;
}
那么調度呢，是如何調度的呢，那些notify，和清空隊列是如何做到的呢？我們就要看看TimerThread類了，內部有一個屬性是：newTasksMayBeScheduled，也就是我們開始所提及的那個參數在cancel的時候會被設置為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，不過這里是queue是通過構造方法傳入的，傳入后賦值用以操作，很明顯是Timer傳遞給這個線程的，我們知道它是一個線程，所以執行的中心自然是run方法了，所以看下run方法的body部分是：
public void run() {
try {
mainLoop();
} finally {
synchronized(queue) {
newTasksMayBeScheduled = false;
queue.clear(); // Eliminate obsolete references
}
}
}
try很簡單，就一個mainLoop，看名字知道是主循環程序，finally中也就是必然執行的程序為將參數為為false，并將隊列清空掉。
那么最核心的就是mainLoop了，是的，看懂了mainLoop一切都懂了：
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) {
}
}
}
可以發現這個timer是一個死循環程序，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狀態為true，可以看到這個狀態其關鍵作用，也就是跳出循環的條件就是要么隊列不為空，要么是newTasksMayBeScheduled狀態設置為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是設置了狀態，否則不會進入這個循環，那么看下面的代碼：
if (queue.isEmpty())
break;
當跳出上面的循環后，如果是設置了newTasksMayBeScheduled狀態為false跳出，也就是調用了cancel，那么queue就是空的，此時就直接跳出外部的死循環，所以cancel就是這樣實現的，如果下面的任務還在跑還沒運行到這里來，cancel是不起作用的。
接下來是獲取一個當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當前系統時間，那么就需要執行，此時判定時間片是否為0，如果為0，則調用removeMin方法將其移除，否則將task通過rescheduleMin設置最新時間并排序：
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);
}
}
這里可以看到，period為負數的時候，就會被認為是按照按照當前系統時間+一個時間片來計算下一次時間，就是前面說的schedule和scheduleAtFixedRate的區別了，其實內部是通過正負數來判定的，也許java是不想增加參數，而又想增加程序的可讀性，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，就是只執行一次，所以時間片正負0都用上了，呵呵，然后再看看mainLoop接下來的部分：
if (!taskFired)// Taskhasn't yet fired; wait
queue.wait(executionTime- currentTime);
這里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，因為內部有notify方法，所以這個時間并不是完全準確，在這里大多數情況下是考慮Timer內部的task信息是穩定的，cancel方法喚醒的話是另一回事。
最后：
if (taskFired) // Task fired; run it, holding no locks
task.run();
如果線程需要執行，那么調用它的run方法，而并非啟動一個新的線程或從線程池中獲取一個線程來執行，所以TimerTask的run方法并不是多線程的run方法，雖然實現了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內部包裝了“一個Thread”和“一個Task”隊列，這個隊列按照一定的方式將任務排隊處理，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，如果等待完成后，隊列還是為空，則認為發生了cancel從而跳出死循環，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，那么根據任務的時間片從新計算下次執行時間，若時間片為0代表只執行一次，則直接移除隊列即可。
但是是否能實現多線程呢？可以，任何東西是否是多線程完全看個人意愿，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從這里來看并不是很適合很多任務在短時間內的快速調度，至少不是很適合同一個timer上掛很多任務，在多線程的領域中我們更多是使用多線程中的：
Executors.newScheduledThreadPool
來完成對調度隊列中的線程池的處理，內部通過new ScheduledThreadPoolExecutor來創建線程池的Executor的創建，當然也可以調用：
Executors.unconfigurableScheduledExecutorService
方法來創建一個DelegatedScheduledExecutorService其實這個類就是包裝了下下scheduleExecutor，也就是這只是一個殼，英文理解就是被委派的意思，被托管的意思。
具體的使用例子可以參考這篇博文：
http://www.bdqn.cn/news/201305/9303.shtml
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