【JavaEE】多线程(6) -- 定时器的使用及实现

定时器是什么

标准库中的定时器的使用

实现定时器

定时器是什么

Java中的定时器是一种机制，用于在预定时间执行某个任务。它允许开发人员在指定的时间间隔内重复执行任务，或在指定的延迟之后执行任务。定时器是Java提供的一种方便的工具，用于处理需要定期执行的任务，例如定时任务调度、定时数据备份等。

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

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.

标准库中的定时器的使用

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).

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

        timer.schedule(new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("hello 2000");
            }
        },2000);

        timer.schedule(new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("hello 1000");
            }
        },1000);

        System.out.println("hello main");
    }

第一个任务在3000毫秒（3秒）后执行，它的run方法会打印出"hello 3000"。
第二个任务在2000毫秒（2秒）后执行，它的run方法会打印出"hello 2000"。
第三个任务在1000毫秒（1秒）后执行，它的run方法会打印出"hello 1000"。

实现定时器

定时器的构成

• ⼀个带优先级队列(不要使用 PriorityBlockingQueue, 容易死锁!)

• 队列中的每个元素是⼀个 Task 对象.

• Task 中带有⼀个时间属性, 队首元素就是即将要执行的任务

• 同时有⼀个 worker 线程⼀直扫描队首元素, 看队首元素是否需要执行

创建以下两个类来实现定时器的功能:

1. MyTimer 类提供的核⼼接⼝为 schedule, ⽤于注册⼀个任务, 并指定这个任务多⻓时间后执⾏.

class MyTimer {
    public void shedule(Runnable runnable, long delay) {
        
    }
}

2. Task 类⽤于描述⼀个任务(作为 Timer 的内部类). ⾥⾯包含⼀个 Runnable 对象和⼀个 time(毫秒时间戳) 这个对象需要放到优先队列中. 因此需要实现 Comparable 接⼝

class MyTimerTask implements Comparable<MyTimerTask> {
    public MyTimerTask(Runnable runnable, long delay) {
        
    }

    public void run() {
        runnable.run();
    }

    @Override
    public int compareTo(MyTimerTask o) {
        return (int)(this.time - o.time);
    }
}

Runnable是Java中一个非常重要的接口，它是一个函数式接口，用于定义线程的任务。Runnable接口只包含一个抽象方法run()，该方法是线程的入口点，线程在执行时会调用run()方法中的代码。

下面是具体的实现过程:

//通过这个类来描述一个任务
class MyTimerTask implements Comparable<MyTimerTask> {
    //time是一个 ms 级别的时间戳
    private long time;

    //实际任务要执行的代码
    private Runnable runnable;

    public long getTime() {
        return time;
    }

    public MyTimerTask(Runnable runnable, long delay) {
        this.runnable = runnable;
        //计算一下真正要执行任务的绝对时间, 使用绝对时间,方便判定任务是否达到时间
        this.time = System.currentTimeMillis() + delay;
    }

    public void run() {
        runnable.run();
    }

    @Override
    public int compareTo(MyTimerTask o) {
        return (int)(this.time - o.time);
    }
}

//通过一个类表示一个任务的进程
class MyTimer {
    // 负责扫描任务队列, 执行任务的线程
    private Thread t = null;
    //任务队列
    private PriorityQueue<MyTimerTask>queue = new PriorityQueue<>();

    //锁对象
    private Object locker = new Object();

    public void shedule(Runnable runnable, long delay) {
        synchronized (locker) {
            MyTimerTask task = new MyTimerTask(runnable,delay);
            queue.offer(task);
            //添加新的元素后, 就可以唤醒扫描线程的 wait 了;
            locker.notify();
        }
    }

    public void cancel() {
        // 结束t线程
        // interrupt
    }

    //构造方法, 创建扫描线程, 让扫描线程来完成判定和执行
    public MyTimer() {
        t = new Thread(() -> {
            //扫描线程就需要循环反复的扫描队首元素, 然后判定队首元素是不是时间到了
            //如果时间没到, 啥都不干
            //如果时间到了, 就执行这个任务并且把这个任务从队列中删除掉
            while(true) {
                try {
                    synchronized (locker) {
                        while (queue.isEmpty()) {
                            locker.wait();
                        }
                        MyTimerTask  task = queue.peek();
                        long curTime = System.currentTimeMillis();
                        if(curTime >= task.getTime()) {
                            //当前时间已经达到了任务执行时间, 就可以执行任务了
                            queue.poll();
                            task.run();
                        } else {
                            // 当前时间还没有到, 暂时先不执行
                            // 不能使用sleep, 会错过新的任务, 也无法释放锁
                            locker.wait(task.getTime() - curTime);
                        }
                    }
                }catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }
        });

        t.start();
    }
}

在 MyTimer 的构造方法中, 需要注意加锁的位置: