Java教程

Java 定时器

本文主要是介绍Java 定时器,对大家解决编程问题具有一定的参考价值,需要的程序猿们随着小编来一起学习吧!

上篇提到了 阻塞队列,本篇我们将优先级队列和阻塞队列结合,得到 阻塞优先队列,以此来实现一个定时器~

定时器

    • 定义
    • 应用场景
    • 定时器的实现:
      • 定时器构成
      • 代码实现:
      • 代码分析:
        • 忙等
        • 一处唤醒,两处阻塞
    • 附最终全部代码:
      • 完整的执行过程:

定义

定时器,是多线程编程中的一个重要 / 常用组件

定时器可以强制终止请求:浏览器内部都有一个定时器,发送请求后,定时器就开始计时;若在规定时间内,响应数据没有返回,就会强制终止请求

定时器,有些逻辑不想立刻执行,而是要等一定的时间之后,再来执行
好比一个闹钟,在我们设定好闹钟时间后,到时间闹钟就会自动响起,无论设置闹钟时间的前后,设置的哪个时间先到就先响起

应用场景

定时器的应用场景非常广泛,网络编程中特别常见

画图举例:

浏览器中的定时器,时间单位一般是 s
服务器中的定时器,时间单位一般是 ms

在这里插入图片描述
定时器可以强制终止请求:浏览器内部都有一个定时器,发送请求后,定时器就开始计时;若在规定时间内,响应数据没有返回,就会强制终止请求

定时器的实现:

定时器构成

  1. 使用一个类来描述"一段逻辑" (一个要执行的任务 task ),同时也要记录该任务在啥时候来执行
  2. 使用一个阻塞优先队列来组织若干个任务,让队首元素是最早执行的任务,只检测队首元素是否到了时间即可
    阻塞优先队列:
    a.支持阻塞队列的特性
    b.支持按优先级的"先进先出"
    c.本质上是一个堆
    使用优先队列的目的就是:保证队首元素是就是那个最早执行到的任务
  3. 用一个线程,循环扫描检测当前阻塞队列中的队首元素,若时间到,就执行指定任务
  4. 提供一个方法,让调用者给队列中添加任务

代码实现:

优先队列中的元素必须是可比较的:
比较规则的指定主要有两种方式:

1. 让 task 实现 Comparable 接口
2. 让优先级队列在构造的时候,传入一个比较器对象(Comparator)

// 1.用一个类来描述任务
static class Task implements Comparable<Task>{
    private Runnable command; // 当前任务
    private long time; // 开始执行的时间

    /*
    * command: 当前任务
    * after: 多少ms后执行,表示一个相对时间
    * */
    public Task(Runnable command, long after) {
        this.command = command;
        this.time = System.currentTimeMillis() + after;
    }

    // 指定任务的具体逻辑
    public void run(){
        command.run();
    }

    @Override
    public int compareTo(Task o) {
        //谁的时间小 谁先执行
        return (int) (this.time - o.time);
    }
}

Timer 实例中, 通过 PriorityBlockingQueue 来组织若干个 Task 对象.
通过 schedule 来往队列中插入一个个 Task 对象

static class Timer{
    // 2.用一个阻塞优先队列来组织多干个任务,让队首元素是执行时间最早的元素
    // 标准库中的阻塞优先队列
    private PriorityBlockingQueue<Task> queue = new PriorityBlockingQueue<>();

    public Timer(){
        Worker worker = new Worker(queue);
        worker.start();
    }

    /*
    * 4.提供一个方法,让调用者添加任务
    * */
    public void schedule(Runnable command,long after){
        Task task = new Task(command,after);
        queue.put(task);
    }
}

worker 线程, 一直不停的扫描队首元素, 看看是否能执行这个任务

/*
* 3.用一个线程,循环扫描检测当前阻塞队列中的队首元素,若时间到,就执行指定任务
* */
static class Worker extends Thread{
    private PriorityBlockingQueue<Task> queue = null;

    public Worker(PriorityBlockingQueue<Task> queue) {
        this.queue = queue;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            try {
                // 1.取队首元素,检查是否已到时间
                Task task = queue.take();
                // 2.检查当前任务是否已到时间
                long curTime = System.currentTimeMillis();
                if(task.time > curTime){
                    //时间还没到, 就把任务再 送回队列中
                    queue.put(task);
                }
                else {
                    // 时间到了, 直接执行
                    task.run();
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
                // 若线程出现问题,停止循环
                break;
            }
        }
    }
}

测试代码:

public static void main(String[] args) {
    Timer timer = new Timer();
    timer.schedule(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("呵呵~");
            timer.schedule(this,2000);
        }
    },2000);
}

输出结果:

在这里插入图片描述

代码分析:

忙等

上述代码明显存在一个严重问题:扫描线程在 "忙等"

扫描线程在循环扫描判断队首元素是否到了其发生时间,若时间一直未到,就会一直循环扫描,造成了无意义的CPU浪费
例: 早上8:30要上课,定了个8:00的闹钟,睁开眼看了下时间,发现是7:00,还有一个小时闹铃才响,再看了一眼时间,7:01,时间还没到,难道接下来一直看表嘛???每分钟看一次??每秒看一次??这样无疑是浪费精力的,且是没有意义的。这种情况就叫忙等

为了避免忙等,我们可以借助 wait( ) 来解决
在wait 和 nitify 里,我们提到了 wait( ) 的两种用法

  • wait( ):死等,一直等到 notify 唤醒
  • wait(time):等待是有上限的
    若有 notify,就会被提前唤醒;
    若无 notify,时间到了后一样会被唤醒

当扫描线程发现当前队首元素还未到指定时间时,调用 wait( )方法,使线程阻塞,减少不必要的循环扫描判断,避免了频繁占用CPU;等待时间:任务发生时间 -当前时间
若在等待的过程中,插入了其他任务时间比当前任务早执行的任务,

解决方法:
1.扫描线程内部,加上wait
2.添加任务方法内部,加上notify

// 2.检查当前任务是否已到时间
long curTime = System.currentTimeMillis();
if(task.time > curTime){
	//时间还没到, 就把任务再 送回队列中
	queue.put(task);

	synchronized (locker){
		locker.wait(task.time - curTime);
	}
}
/*
 1. 4.提供一个方法,让调用者添加任务
 2. */
public void schedule(Runnable command,long after){
    Task task = new Task(command,after);
    queue.put(task);
    synchronized (locker){
        locker.notify();
    }
}

一处唤醒,两处阻塞

在这里插入图片描述
两种阻塞情况:

  1. 当队列为空时,在 take 处阻塞

当阻塞队列为空时,出现阻塞,一旦调用 schedule方法,添加了新任务,其后的 notify 方法将唤醒这个线程

  1. 若队列非空,时机还没到,就在wait 处阻塞

①插入的任务早于当前队首任务时间,这时队首元素将变为新的任务,再次执行之后的判断即可
②插入的任务等于或晚于当前队首任务时间,扫描线程继续阻塞

附最终全部代码:

/*
* 定时器
* */
public class ThreadDemo26 {
    // 1.用一个类来描述任务
    static class Task implements Comparable<Task>{
        private Runnable command; // 当前任务
        private long time; // 开始执行的时间

        /*
        * command: 当前任务
        * after: 多少ms后执行,表示一个相对时间
        * */
        public Task(Runnable command, long after) {
            this.command = command;
            this.time = System.currentTimeMillis() + after;
        }

        // 指定任务的具体逻辑
        public void run(){
            command.run();
        }

        @Override
        public int compareTo(Task o) {
            //谁的时间小 谁先执行
            return (int) (this.time - o.time);
        }
    }

    static class Timer{
        // 为了避免忙等,需要使用wait 方法,使用一个单独的对象,来辅助进行wait
        private Object locker = new Object();

        // 2.用一个阻塞优先队列来组织多干个任务,让队首元素是执行时间最早的元素
        // 标准库中的阻塞优先队列
        private PriorityBlockingQueue<Task> queue = new PriorityBlockingQueue<>();

        public Timer(){
            Worker worker = new Worker(queue,locker);
            worker.start();
        }

        /*
        * 4.提供一个方法,让调用者添加任务
        * */
        public void schedule(Runnable command,long after){
            Task task = new Task(command,after);
            queue.put(task);
            synchronized (locker){
                locker.notify();
            }
        }
    }

    /*
    * 3.用一个线程,循环扫描检测当前阻塞队列中的队首元素,若时间到,就执行指定任务
    * */
    static class Worker extends Thread{
        private PriorityBlockingQueue<Task> queue = null;
        private Object locker = null;

        public Worker(PriorityBlockingQueue<Task> queue,Object locker) {
            this.queue = queue;
            this.locker = locker;
        }

        @Override
        public void run() {
            while (true){
                try {
                    // 1.取队首元素,检查是否已到时间
                    Task task = queue.take();
                    // 2.检查当前任务是否已到时间
                    long curTime = System.currentTimeMillis();
                    if(task.time > curTime){
                        //时间还没到, 就把任务再 送回队列中
                        queue.put(task);

                        synchronized (locker){
                            locker.wait(task.time - curTime);
                        }
                    }
                    else {
                        // 时间到了, 直接执行
                        task.run();
                    }
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                    // 若线程出现问题,停止循环
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

完整的执行过程:

初始情况下队列为空,故是在 take 处阻塞,当调用 schedule,队列中添加了新任务,其后的 notify
( ) 将会唤醒这个线程,取到 task 任务,获取当前时间,与 task 内时间比较,比较后:发现时间还没到,就让代码继续wait(触发第二处阻塞),时间继续流逝…此时扫描线程没有占用CPU(wait),当时间到的时候,wait 返回,下次循环中,再次尝试取队首元素(队列中有元素),不会阻塞,直接取出来,时间到了,直接调用 task.run( ) 执行即可~

在这里插入图片描述

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