Java定時(shí)器Timer的源碼分析

第Java定時(shí)器Timer的源碼分析目錄一、TimerTask1.任務(wù)狀態(tài)2.任務(wù)屬性說明3.任務(wù)方法說明二、Timer1.sched方法2.cancel方法3.purge方法三、TaskQueue四、TimerThread通過源碼分析，我們可以更深入的了解其底層原理。

對(duì)于JDK自帶的定時(shí)器，主要涉及TimerTask類、Timer類、TimerQueue類、TimerThread類，其中TimerQueue和TimerThread類與Timer類位于同一個(gè)類文件，由Timer內(nèi)部調(diào)用。

先畫上一張圖，描述一下Timer的大致模型，Timer的模型很容易理解，即任務(wù)加入到任務(wù)隊(duì)列中，由任務(wù)處理線程循環(huán)從任務(wù)隊(duì)列取出任務(wù)執(zhí)行：

一、TimerTask

TimerTask是一個(gè)任務(wù)抽象類，實(shí)現(xiàn)了Runnable接口，是可被線程執(zhí)行的。

1.任務(wù)狀態(tài)

在TimerTask中定義了關(guān)于任務(wù)狀態(tài)的常量字段：

//未調(diào)度狀態(tài)

staticfinalintVIRGIN=0;

//任務(wù)已調(diào)度，但未執(zhí)行

staticfinalintSCHEDULED=1;

//若是一次性任務(wù)表示已執(zhí)行；可重復(fù)執(zhí)行任務(wù)，該狀態(tài)無效

staticfinalintEXECUTED=2;

//任務(wù)被取消

staticfinalintCANCELLED=3;

當(dāng)一個(gè)TimerTask對(duì)象創(chuàng)建后，其初始狀態(tài)為VIRGIN；

當(dāng)調(diào)用Timer的schedule方法調(diào)度了此TimerTask對(duì)象后，其狀態(tài)變更為SCHEDULED；

如果TimerTask是一次性任務(wù)，此任務(wù)執(zhí)行后，狀態(tài)將變?yōu)镋XECUTED，可重復(fù)執(zhí)行任務(wù)執(zhí)行后狀態(tài)不變；

當(dāng)中途調(diào)用了TimerTask.cancel方法，該任務(wù)的狀態(tài)將變?yōu)镃ANCELLED。

2.任務(wù)屬性說明

TimerTask中，有如下成員變量：

//用于加鎖控制多線程修改TimerTask內(nèi)部狀態(tài)

finalObjectlock=newObject();

//任務(wù)狀態(tài)，初始狀態(tài)為待未調(diào)度狀態(tài)

intstate=VIRGIN;

//任務(wù)的下一次執(zhí)行時(shí)間點(diǎn)

longnextExecutionTime;

//任務(wù)執(zhí)行的時(shí)間間隔。正數(shù)表示固定速率；負(fù)數(shù)表示固定時(shí)延；0表示只執(zhí)行一次

longperiod=0;

3.任務(wù)方法說明

TimerTask中有三個(gè)方法：

run：實(shí)現(xiàn)了Runnable接口，創(chuàng)建TimerTask需要重寫此方法，編寫任務(wù)執(zhí)行代碼cancel：取消任務(wù)scheduledExecutionTime：計(jì)算執(zhí)行時(shí)間點(diǎn)

3.1.Cancel方法

cancel方法的實(shí)現(xiàn)代碼：

publicbooleancancel(){

synchronized(lock){

booleanresult=(state==SCHEDULED);

state=CANCELLED;

returnresult;

}

在cancel方法內(nèi)，使用synchronized加鎖，這是因?yàn)門imer內(nèi)部的線程會(huì)對(duì)TimerTask狀態(tài)進(jìn)行修改，而調(diào)用cancel方法一般會(huì)是另外一個(gè)線程。

為了避免線程同步問題，cancel在修改狀態(tài)前進(jìn)行了加鎖操作。

調(diào)用cancel方法將會(huì)把任務(wù)狀態(tài)變更為CANCELLED狀態(tài)，即任務(wù)取消狀態(tài)，并返回一個(gè)布爾值，該布爾值表示此任務(wù)之前是否已是SCHEDULED已調(diào)度狀態(tài)。

3.2.scheduledExecutionTime方法

scheduledExecutionTime方法實(shí)現(xiàn)：

publiclongscheduledExecutionTime(){

synchronized(lock){

return(period0nextExecutionTime+period

:nextExecutionTime-period);

}

該方法返回此任務(wù)的下次執(zhí)行時(shí)間點(diǎn)。

二、Timer

分析Timer源代碼，Timer在內(nèi)部持有了兩個(gè)成員變量：

privatefinalTaskQueuequeue=newTaskQueue();

privatefinalTimerThreadthread=newTimerThread(queue);

TaskQueue是任務(wù)隊(duì)列，TimerThread是任務(wù)處理線程。

1.sched方法

無論是使用schedule還是scheduleAtFixedRate方法來調(diào)度任務(wù)，Timer內(nèi)部最后都是調(diào)用sched方法進(jìn)行處理。

publicvoidschedule(TimerTasktask,Datetime){

sched(task,time.getTime(),0);//一次性任務(wù)，period為0

publicvoidschedule(TimerTasktask,longdelay){

sched(task,System.currentTimeMillis()+delay,0);//一次性任務(wù)，period為0

publicvoidschedule(TimerTasktask,longdelay,longperiod){

sched(task,System.currentTimeMillis()+delay,-period);//固定延時(shí)模式，-period

publicvoidschedule(TimerTasktask,DatefirstTime,longperiod){

sched(task,firstTime.getTime(),-period);//固定延時(shí)模式，-period

publicvoidscheduleAtFixedRate(TimerTasktask,longdelay,longperiod){

sched(task,System.currentTimeMillis()+delay,period);//固定速率模式，period為正

publicvoidscheduleAtFixedRate(TimerTasktask,DatefirstTime,longperiod){

sched(task,firstTime.getTime(),period);//固定速率模式，period為正

}

sched方法核心代碼：

privatevoidsched(TimerTasktask,longtime,longperiod){

//加鎖，避免外部其他線程同時(shí)調(diào)用cancel，同時(shí)訪問queue產(chǎn)生線程同步問題

synchronized(queue){

//如果線程已終止，拋出異常

if(!thread.newTasksMayBeScheduled)

thrownewIllegalStateException("Timeralreadycancelled.");

//加鎖，避免多線程訪問同一個(gè)任務(wù)產(chǎn)生線程同步問題

synchronized(task.lock){

//task的狀態(tài)必須為VIRGIN，否則認(rèn)為已經(jīng)加入調(diào)度或者已經(jīng)取消了，避免重復(fù)的調(diào)度

if(task.state!=TimerTask.VIRGIN)

thrownewIllegalStateException(

"Taskalreadyscheduledorcancelled");

//設(shè)置下次執(zhí)行時(shí)間點(diǎn)

task.nextExecutionTime=time;

//設(shè)置時(shí)間間隔

task.period=period;

//任務(wù)狀態(tài)變更為已調(diào)度

task.state=TimerTask.SCHEDULED;

//將任務(wù)添加到隊(duì)列中

queue.add(task);

//如果此任務(wù)是最近的任務(wù)，喚醒線程

if(queue.getMin()==task)

queue.notify();

}

2.cancel方法

cancel方法一般是由外部其他線程調(diào)用，而Timer內(nèi)部的線程也會(huì)對(duì)任務(wù)隊(duì)列進(jìn)行操作，因此加鎖。

publicvoidcancel(){

synchronized(queue){

//修改線程的循環(huán)執(zhí)行標(biāo)志，令線程能夠終止

thread.newTasksMayBeScheduled=false;

//清空任務(wù)隊(duì)列

queue.clear();

//喚醒線程

queue.notify();

}

3.purge方法

當(dāng)通過TimerTask.cancel將任務(wù)取消后，Timer的任務(wù)隊(duì)列還引用著此任務(wù)，Timer只有到了要執(zhí)行時(shí)才會(huì)移除，其他時(shí)候并不會(huì)自動(dòng)將此任務(wù)移除，需要調(diào)用purge方法進(jìn)行清理。

publicintpurge(){

intresult=0;

synchronized(queue){

//遍歷隊(duì)列，將CANCELLED狀態(tài)的任務(wù)從任務(wù)隊(duì)列中移除

for(inti=queue.size();ii--){

if(queue.get(i).state==TimerTask.CANCELLED){

queue.quickRemove(i);

result++;

//如果移除任務(wù)數(shù)不為0，觸發(fā)重新排序

if(result!=0)

queue.heapify();

//返回移除任務(wù)數(shù)

returnresult;

}

三、TaskQueue

TaskQueue是Timer類文件中封裝的一個(gè)隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，內(nèi)部默認(rèn)是一個(gè)長(zhǎng)度128的TimerTask數(shù)組，當(dāng)任務(wù)加入時(shí)，檢測(cè)到數(shù)組將滿將會(huì)自動(dòng)擴(kuò)容1倍，并對(duì)數(shù)組元素根據(jù)下次執(zhí)行時(shí)間nextExecutionTime按時(shí)間從近到遠(yuǎn)進(jìn)行排序。

voidadd(TimerTasktask){

//檢測(cè)數(shù)組長(zhǎng)度，若不夠則進(jìn)行擴(kuò)容

if(size+1==queue.length)

queue=Arrays.copyOf(queue,2*queue.length);

//任務(wù)入隊(duì)

queue[++size]=task;

//排序

fixUp(size);

}

fixUp方法實(shí)現(xiàn)：

privatevoidfixUp(intk){

while(k1){

intj=k1;

if(queue[j].nextExecutionTime=queue[k].nextExecutionTime)

break;

TimerTasktmp=queue[j];queue[j]=queue[k];queue[k]=tmp;

k=j;

}

TaskQueue中除了fixUp方法外還有一個(gè)fixDown方法，這兩個(gè)其實(shí)就是堆排序算法，在算法專題中再進(jìn)行詳細(xì)介紹，只要記住他們的任務(wù)就是按時(shí)間從近到遠(yuǎn)進(jìn)行排序，最近的任務(wù)排在隊(duì)首即可。

privatevoidfixDown(intk){

intj;

while((j=k1)=sizej0){

if(jsize

queue[j].nextExecutionTimequeue[j+1].nextExecutionTime)

j++;//jindexessmallestkid

if(queue[k].nextExecutionTime=queue[j].nextExecutionTime)

break;

TimerTasktmp=queue[j];queue[j]=queue[k];queue[k]=tmp;

k=j;

voidheapify(){

for(inti=size/2;ii--)

fixDown(i);

}

四、TimerThread

TimerThread的核心代碼位于mainLoop方法：

privatevoidmainLoop(){

//死循環(huán)，從隊(duì)列取任務(wù)執(zhí)行

while(true){

try{

TimerTasktask;

booleantaskFired;

//對(duì)任務(wù)隊(duì)列加鎖

synchronized(queue){

//如果隊(duì)列中沒有任務(wù)，則進(jìn)入等待，newTasksMayBeScheduled是線程運(yùn)行標(biāo)志位，為false時(shí)將退出循環(huán)

while(queue.isEmpty()newTasksMayBeScheduled)