【JavaEE初階】定時(shí)器詳解與實(shí)現(xiàn)

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??定時(shí)器是什么

【JavaEE初階】定時(shí)器詳解與實(shí)現(xiàn),JavaEE初階,java-ee,java,開發(fā)語言,多線程,計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng),定時(shí)器
定時(shí)器也是軟件開發(fā)中的一個(gè)重要組件. 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

定時(shí)器是一種實(shí)際開發(fā)中非常常用的組件.
比如網(wǎng)絡(luò)通信中, 如果對方 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(自動刪除).
類似于這樣的場景就需要用到定時(shí)器.

??Java標(biāo)準(zhǔn)庫中的定時(shí)器

標(biāo)準(zhǔn)庫中提供了一個(gè) Timer 類. Timer 類的核心方法為 schedule .
schedule 包含兩個(gè)參數(shù).
第一個(gè)參數(shù)指定即將要執(zhí)行的任務(wù)代碼,
第二個(gè)參數(shù)指定多長時(shí)間之后執(zhí)行 (單位為毫秒)

代碼示例：

下面程序分別有一個(gè)定時(shí)器，設(shè)置了三個(gè)不同的時(shí)間

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

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Timer timer = new Timer();
        System.out.println("程序啟動!");
        timer.schedule(new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("定時(shí)器3");
            }
        },3000);
        timer.schedule(new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("定時(shí)器2");
            }
        },2000);
        timer.schedule(new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("定時(shí)器1");
            }
        },1000);
    }
}

運(yùn)行結(jié)果如下：
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結(jié)果如我們所示，按照時(shí)間順序進(jìn)行打印

??模擬實(shí)現(xiàn)定時(shí)器

首先我們先來看一下定時(shí)器的構(gòu)成

??定時(shí)器的構(gòu)成

一個(gè)帶優(yōu)先級的阻塞隊(duì)列

為啥要帶優(yōu)先級呢?
因?yàn)樽枞?duì)列中的任務(wù)都有各自的執(zhí)行時(shí)刻 (delay). 最先執(zhí)行的任務(wù)一定是 delay 最小的. 使用帶優(yōu)先級的隊(duì)列就可以高效的把這個(gè) delay 最小的任務(wù)找出來.

隊(duì)列中的每個(gè)元素是一個(gè) MyTask 對象.
MyTask 中帶有一個(gè)時(shí)間屬性, 隊(duì)首元素就是即將要執(zhí)行的任務(wù)
同時(shí)有一個(gè)線程一直掃描隊(duì)首元素, 看隊(duì)首元素是否需要執(zhí)行

??第一步：MyStack類的建立

包含兩個(gè)屬性

包含一個(gè) Runnable 對象
一個(gè) time(毫秒時(shí)間戳)

由于我們的MyTask類需要放入一個(gè)帶優(yōu)先級的阻塞隊(duì)列中，所以我們需要MyTack可以比較，這里博主選擇重寫 Comparable 接口里的compareTo方法

代碼實(shí)現(xiàn)如下：

public class MyTask implements Comparable<MyTask> {
    private Runnable runnable;
    private  long time;

    public MyTask() {
        System.out.println(1);
    }
    public void tad() {
        System.out.println(2);
    }
    public MyTask(Runnable runnable, long time) {
        this.runnable = runnable;
        this.time = time;
    }
    public long gettime(MyTask) {
        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);
    }
}

??第二步：創(chuàng)建MyTimer類

該類需要有一個(gè)帶有優(yōu)先級的阻塞隊(duì)列

還需要有一個(gè)可schedule 方法用于我們來插入我們我們需要執(zhí)行的任務(wù)

public class MyTimer {
    // 有一個(gè)阻塞優(yōu)先級隊(duì)列, 來保存任務(wù).
    private PriorityBlockingQueue<MyTask> queue = new PriorityBlockingQueue<>();

    // 指定兩個(gè)參數(shù)
    // 第一個(gè)參數(shù)是 任務(wù) 內(nèi)容
    // 第二個(gè)參數(shù)是 任務(wù) 在多少毫秒之后執(zhí)行. 形如 1000
    public void schedule(Runnable runnable, long after) {
        // 注意這里的時(shí)間上的換算
        MyTask task = new MyTask(runnable, System.currentTimeMillis() + after);
        queue.put(task);
    }
}

由于我們輸入的都是一個(gè)時(shí)間大小，所以我們需要進(jìn)行處理一下，
這里的System.currentTimeMillis()是獲取當(dāng)時(shí)的時(shí)間戳
再加上所需要的時(shí)間大小即達(dá)到我們效果

其次還需要一個(gè)線程循環(huán)掃描

該掃描我們需要做的是
取出隊(duì)首元素, 檢查看看隊(duì)首元素任務(wù)是否到時(shí)間了.
如果時(shí)間沒到, 就把任務(wù)塞回隊(duì)列里去.
如果時(shí)間到了, 就把任務(wù)進(jìn)行執(zhí)行.

    private Thread t = null;
    public MyTimer() {
        t = new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                while (true) {
                    try {
                        // 取出隊(duì)首元素, 檢查看看隊(duì)首元素任務(wù)是否到時(shí)間了.
                        // 如果時(shí)間沒到, 就把任務(wù)塞回隊(duì)列里去.
                        // 如果時(shí)間到了, 就把任務(wù)進(jìn)行執(zhí)行.
                        MyTask myTask = queue.take();
                        long curTime = System.currentTimeMillis();
                        if (curTime < myTask.getTime()) {
                            // 還沒到點(diǎn), 先不必執(zhí)行
                            // 現(xiàn)在是 13:00, 取出來的任務(wù)是 14:00 執(zhí)行
                            //塞回去
                            queue.put(myTask);
                        } else {
                            // 時(shí)間到了!! 執(zhí)行任務(wù)!!
                            myTask.run();
                        }
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        };
        //啟動線程
        t.start();
    }

??第三步：解決相關(guān)問題

問題一：while (true) 轉(zhuǎn)的太快了, 造成了無意義的 CPU 浪費(fèi).

比如第一個(gè)任務(wù)設(shè)定的是 1 min 之后執(zhí)行某個(gè)邏輯. 但是這里的 while (true) 會導(dǎo)致每秒鐘訪問隊(duì)首元素幾萬次.

解決辦法：引入一個(gè)locker對象, 借助該對象的 wait / notify 來解決 while (true) 的忙等問題.

我們在循環(huán)掃描里：引入 wait, 等待一定的時(shí)間.并修改 MyTimer 的 schedule 方法, 每次有新任務(wù)到來的時(shí)候喚醒一下循環(huán)掃描線程. (因?yàn)樾虏迦氲娜蝿?wù)可能是需要馬上執(zhí)行的)

問題二：原子性問題

由于我們的出隊(duì)列操作和判斷語句不具有原子性

問題情況如下：

出隊(duì)列操作拿到任務(wù)后，還沒有進(jìn)行判斷

然后這時(shí)候有一個(gè)來了一個(gè)新任務(wù)
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但是此時(shí)我們該任務(wù)還沒有wait()操作，而且我們由于添加新元素，notify()操作已執(zhí)行，這就導(dǎo)致后面的wait操作不會被喚醒，那么新來的任務(wù)就在相應(yīng)時(shí)間來沒有被執(zhí)行

解決方法：將出隊(duì)列操作與判斷操作都加上鎖

代碼實(shí)現(xiàn)如下：

import java.util.concurrent.PriorityBlockingQueue;

public class MyTimer {
    // 有一個(gè)阻塞優(yōu)先級隊(duì)列, 來保存任務(wù).
    private PriorityBlockingQueue<MyTask> queue = new PriorityBlockingQueue<>();
    // 掃描線程
    private Thread t = null;
    private Object locker = new Object();
    public MyTimer() {
        t = new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                while (true) {
                    try {
                        // 取出隊(duì)首元素, 檢查看看隊(duì)首元素任務(wù)是否到時(shí)間了.
                        // 如果時(shí)間沒到, 就把任務(wù)塞回隊(duì)列里去.
                        // 如果時(shí)間到了, 就把任務(wù)進(jìn)行執(zhí)行.
                        synchronized (locker) {
                            MyTask myTask = queue.take();
                            long curTime = System.currentTimeMillis();
                            if (curTime < myTask.getTime()) {
                                // 還沒到點(diǎn), 先不必執(zhí)行
                                // 現(xiàn)在是 13:00, 取出來的任務(wù)是 14:00 執(zhí)行
                                queue.put(myTask);
                                // 在 put 之后, 進(jìn)行一個(gè) wait
                                locker.wait(myTask.getTime() - curTime);
                            } else {
                                // 時(shí)間到了!! 執(zhí)行任務(wù)!!
                                myTask.run();
                            }
                        }
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        };
        t.start();
    }
    // 指定兩個(gè)參數(shù)
    // 第一個(gè)參數(shù)是 任務(wù) 內(nèi)容
    // 第二個(gè)參數(shù)是 任務(wù) 在多少毫秒之后執(zhí)行. 形如 1000
    public void schedule(Runnable runnable, long after) {
        // 注意這里的時(shí)間上的換算
        MyTask task = new MyTask(runnable, System.currentTimeMillis() + after);
        queue.put(task);
        synchronized (locker) {
            locker.notify();
        }
    }
}

??完整代碼實(shí)現(xiàn)與測試

計(jì)時(shí)器完整代碼：

import java.util.concurrent.PriorityBlockingQueue;

class MyTask implements Comparable<MyTask> {
    private Runnable runnable;
    private  long time;

    public MyTask() {
        System.out.println(1);
    }
    public void tad() {
        System.out.println(2);
    }
    public MyTask(Runnable runnable, long time) {
        this.runnable = runnable;
        this.time = time;
    }
    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);
    }
}

public class MyTimer {
    // 有一個(gè)阻塞優(yōu)先級隊(duì)列, 來保存任務(wù).
    private PriorityBlockingQueue<MyTask> queue = new PriorityBlockingQueue<>();
    // 掃描線程
    private Thread t = null;
    private Object locker = new Object();
    public MyTimer() {
        t = new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                while (true) {
                    try {
                        // 取出隊(duì)首元素, 檢查看看隊(duì)首元素任務(wù)是否到時(shí)間了.
                        // 如果時(shí)間沒到, 就把任務(wù)塞回隊(duì)列里去.
                        // 如果時(shí)間到了, 就把任務(wù)進(jìn)行執(zhí)行.
                        synchronized (locker) {
                            MyTask myTask = queue.take();
                            long curTime = System.currentTimeMillis();
                            if (curTime < myTask.getTime()) {
                                // 還沒到點(diǎn), 先不必執(zhí)行
                                // 現(xiàn)在是 13:00, 取出來的任務(wù)是 14:00 執(zhí)行
                                queue.put(myTask);
                                // 在 put 之后, 進(jìn)行一個(gè) wait
                                locker.wait(myTask.getTime() - curTime);
                            } else {
                                // 時(shí)間到了!! 執(zhí)行任務(wù)!!
                                myTask.run();
                            }
                        }
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        };
        t.start();
    }
    // 指定兩個(gè)參數(shù)
    // 第一個(gè)參數(shù)是 任務(wù) 內(nèi)容
    // 第二個(gè)參數(shù)是 任務(wù) 在多少毫秒之后執(zhí)行. 形如 1000
    public void schedule(Runnable runnable, long after) {
        // 注意這里的時(shí)間上的換算
        MyTask task = new MyTask(runnable, System.currentTimeMillis() + after);
        queue.put(task);
        synchronized (locker) {
            locker.notify();
        }
    }
}

測試代碼如下

public class TestDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        MyTimer myTimer = new MyTimer();
        System.out.println("程序啟動");
        myTimer.schedule(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("計(jì)時(shí)器3");
            }
        },3000);
        myTimer.schedule(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("計(jì)時(shí)器2");
            }
        },2000);
        myTimer.schedule(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("計(jì)時(shí)器1");
            }
        },1000);
    }
}

測試結(jié)果如下：
【JavaEE初階】定時(shí)器詳解與實(shí)現(xiàn),JavaEE初階,java-ee,java,開發(fā)語言,多線程,計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng),定時(shí)器

?總結(jié)

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