Java多線程如何實(shí)現(xiàn)定時(shí)器

這篇文章主要講解了“Java多線程如何實(shí)現(xiàn)定時(shí)器”，文中的講解內(nèi)容簡(jiǎn)單清晰，易于學(xué)習(xí)與理解，下面請(qǐng)大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來研究和學(xué)習(xí)“Java多線程如何實(shí)現(xiàn)定時(shí)器”吧！

一. 定時(shí)器概述

1. 什么是定時(shí)器

定時(shí)器是一種實(shí)際開發(fā)中非常常用的組件, 類似于一個(gè) “鬧鐘”, 達(dá)到一個(gè)設(shè)定的時(shí)間之后, 就執(zhí)行某個(gè)指定好的代碼.

比如網(wǎng)絡(luò)通信中, 如果對(duì)方 500ms 內(nèi)沒有返回?cái)?shù)據(jù), 則斷開連接嘗試重連.

比如一個(gè) Map, 希望里面的某個(gè) key 在 3s 之后過期(自動(dòng)刪除).

類似于這樣的場(chǎng)景就需要用到定時(shí)器.

2. 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的定時(shí)器

標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中提供了一個(gè) Timer 類, Timer 類的核心方法為schedule.

Timer類構(gòu)造時(shí)內(nèi)部會(huì)創(chuàng)建線程, 有下面的四個(gè)構(gòu)造方法, 可以指定線程名和是否將定時(shí)器內(nèi)部的線程指定為后臺(tái)線程(即守護(hù)線程), 如果不指定, 定時(shí)器對(duì)象內(nèi)部的線程默認(rèn)為前臺(tái)線程.

schedule 方法是給Timer注冊(cè)一個(gè)任務(wù), 這個(gè)任務(wù)在指定時(shí)間后進(jìn)行執(zhí)行, TimerTask類就是專門描述定時(shí)器任務(wù)的一個(gè)抽象類, 它實(shí)現(xiàn)了Runnable接口.

public abstract class TimerTask implements Runnable // jdk源碼

代碼示例:

import java.util.Timer;
import java.util.TimerTask;

public class TestProgram {
    public static void main(String[] args) {
        Timer timer = new Timer();
        timer.schedule(new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("執(zhí)行延后3s的任務(wù)!");
            }
        }, 3000);

        timer.schedule(new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("執(zhí)行延后2s后的任務(wù)!");
            }
        }, 2000);
        
        timer.schedule(new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("執(zhí)行延后1s的任務(wù)!");
            }
        }, 1000);
    }
}

執(zhí)行結(jié)果:

觀察執(zhí)行結(jié)果, 任務(wù)執(zhí)行結(jié)束后程序并沒有結(jié)束, 即進(jìn)程并沒有結(jié)束, 這是因?yàn)樯厦娴拇a定時(shí)器內(nèi)部是開啟了一個(gè)線程去執(zhí)行任務(wù)的, 雖然任務(wù)執(zhí)行完成了, 但是該線程并沒有銷毀; 這和自己定義一個(gè)線程執(zhí)行完成 run 方法后就自動(dòng)銷毀是不一樣的, Timer 本質(zhì)上是相當(dāng)于線程池, 它緩存了一個(gè)工作線程, 一旦任務(wù)執(zhí)行完成, 該工作線程就處于空閑狀態(tài), 等待下一輪任務(wù).

二. 定時(shí)器的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)

首先, 我們需要定義一個(gè)類, 用來描述一個(gè)定時(shí)器當(dāng)中的任務(wù), 類要成員要有一個(gè)Runnable, 再加上一個(gè)任務(wù)執(zhí)行的時(shí)間戳, 具體還包含如下內(nèi)容:

• 構(gòu)造方法, 用來指定任務(wù)和任務(wù)的延遲執(zhí)行時(shí)間.

• 兩個(gè)get方法, 分別用來給外部對(duì)象獲取該對(duì)象的任務(wù)和執(zhí)行時(shí)間.

• 實(shí)現(xiàn)Comparable接口, 指定比較方式, 用于判斷定時(shí)器任務(wù)的執(zhí)行順序, 每次需要執(zhí)行時(shí)間最早的任務(wù).

class MyTask implements Comparable<MyTask>{
    //要執(zhí)行的任務(wù)
    private Runnable runnable;
    //任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間
    private long time;

    public MyTask(Runnable runnable, long time) {
        this.runnable = runnable;
        this.time = time;
    }

    //獲取當(dāng)前任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間
    public long getTime() {
        return this.time;
    }
    //執(zhí)行任務(wù)
    public void run() {
        runnable.run();
    }

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

然后就需要實(shí)現(xiàn)定時(shí)器類了, 我們需要使用一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來組織定時(shí)器中的任務(wù), 需要每次都能將時(shí)間最早的任務(wù)找到并執(zhí)行, 這個(gè)情況我們可以考慮用優(yōu)先級(jí)隊(duì)列(即小根堆)來實(shí)現(xiàn), 當(dāng)然我們還需要考慮線程安全的問題, 所以我們選用優(yōu)先級(jí)阻塞隊(duì)列 PriorityBlockingQueue 是最合適的, 特別要注意在自定義的任務(wù)類當(dāng)中要實(shí)現(xiàn)比較方式, 或者實(shí)現(xiàn)一下比較器也行.

private PriorityBlockingQueue<MyTask> queue = new PriorityBlockingQueue<>();

我們自己實(shí)現(xiàn)的定時(shí)器類中要有一個(gè)注冊(cè)任務(wù)的方法, 用來將任務(wù)插入到優(yōu)先級(jí)阻塞隊(duì)列中;

還需要有一個(gè)線程用來執(zhí)行任務(wù), 這個(gè)線程是從優(yōu)先級(jí)阻塞隊(duì)列中取出隊(duì)首任務(wù)去執(zhí)行, 如果這個(gè)任務(wù)還沒有到執(zhí)行時(shí)間, 那么線程就需要把這個(gè)任務(wù)再放會(huì)隊(duì)列當(dāng)中, 然后線程就進(jìn)入等待狀態(tài), 線程等待可以使用sleep和wait, 但這里有一個(gè)情況需要考慮, 當(dāng)有新任務(wù)插入到隊(duì)列中時(shí), 我們需要喚醒線程重新去優(yōu)先級(jí)阻塞隊(duì)列拿隊(duì)首任務(wù), 畢竟新注冊(cè)的任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間可能是要比前一陣拿到的隊(duì)首任務(wù)時(shí)間是要早的, 所以這里使用wait進(jìn)行進(jìn)行阻塞更合適, 那么喚醒操作就需要使用notify來實(shí)現(xiàn)了.

實(shí)現(xiàn)代碼如下:

//自己實(shí)現(xiàn)的定時(shí)器類
class MyTimer {
    //掃描線程
    private Thread t = null;
    //阻塞隊(duì)列,存放任務(wù)
    private PriorityBlockingQueue<MyTask> queue = new PriorityBlockingQueue<>();

    public MyTimer() {
        //構(gòu)造掃描線程
        t = new Thread(() -> {
           while (true) {
               //取出隊(duì)首元素,檢查隊(duì)首元素執(zhí)行任務(wù)的時(shí)間
               //時(shí)間沒到,再把任務(wù)放回去
               //時(shí)間到了,就執(zhí)行任務(wù)
               try {
                   synchronized (this) {
                       MyTask task = queue.take();
                       long curTime = System.currentTimeMillis();
                       if (curTime < task.getTime()) {
                           //時(shí)間沒到,放回去
                           queue.put(task);
                           //放回任務(wù)后,不應(yīng)該立即就再次取出該任務(wù)
                           //所以wait設(shè)置一個(gè)阻塞等待,以便新任務(wù)到時(shí)間或者新任務(wù)來時(shí)后再取出來
                           this.wait(task.getTime() - curTime);
                       } else {
                           //時(shí)間到了,執(zhí)行任務(wù)
                           task.run();
                       }
                   }
               } catch (InterruptedException e) {
                   throw new RuntimeException(e);

               }
           }
        });
        t.start();
    }

    /**
     * 注冊(cè)任務(wù)的方法
     * @param runnable 任務(wù)內(nèi)容
     * @param after 表示在多少毫秒之后執(zhí)行. 形如 1000
     */
    public void schedule (Runnable runnable, long after) {
        //獲取當(dāng)前時(shí)間的時(shí)間戳再加上任務(wù)時(shí)間
        MyTask task = new MyTask(runnable, System.currentTimeMillis() + after);
        queue.put(task);
        //每次當(dāng)新任務(wù)加載到阻塞隊(duì)列時(shí),需要中途喚醒線程,因?yàn)樾逻M(jìn)來的任務(wù)可能是最早需要執(zhí)行的
        synchronized (this) {
            this.notify();
        }
    }
}

要注意上面掃描線程中的synchronized并不能只要針對(duì)wait方法加鎖, 如果只針對(duì)wait加鎖的話, 考慮一個(gè)極端的情況, 假設(shè)的掃描線程剛執(zhí)行完put方法, 這個(gè)線程就被cpu調(diào)度走了, 此時(shí)另有一個(gè)線程在隊(duì)列中插入了新任務(wù), 然后notify喚醒了線程, 而剛剛并沒有執(zhí)行wait阻塞, notify就沒有起到什么作用, 當(dāng)cpu再調(diào)度到這個(gè)線程, 這樣的話如果新插入的任務(wù)要比原來隊(duì)首的任務(wù)時(shí)間更早, 那么這個(gè)新任務(wù)就被錯(cuò)過了執(zhí)行時(shí)間, 這些線程安全問題真是防不勝防啊, 所以我們需要保證這些操作的原子性, 也就是上面的代碼, 擴(kuò)大鎖的范圍, 保證每次notify都是有效的.

那么最后基于上面的代碼, 我們來測(cè)試一下這個(gè)定時(shí)器:

public class TestDemo23 {
    public static void main(String[] args) {
        MyTimer timer = new MyTimer();
        timer.schedule(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("2s后執(zhí)行的任務(wù)1");
            }
        }, 2000);

        timer.schedule(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("2s后執(zhí)行的任務(wù)1");
            }
        }, 1000);
    }
}

執(zhí)行結(jié)果:

感謝各位的閱讀，以上就是“Java多線程如何實(shí)現(xiàn)定時(shí)器”的內(nèi)容了，經(jīng)過本文的學(xué)習(xí)后，相信大家對(duì)Java多線程如何實(shí)現(xiàn)定時(shí)器這一問題有了更深刻的體會(huì)，具體使用情況還需要大家實(shí)踐驗(yàn)證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的文章，歡迎關(guān)注！