【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() { @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); } }
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 { 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 @Override public 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 heap = new PriorityQueue();//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() { @Override public void run() { System.out.println("hello 3000"); } },3000); timer.schedule(new Runnable() { @Override public void run() { System.out.println("hello 2000"); } },2000); timer.schedule(new Runnable() { @Override public 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。