定时且周期性的任务研究I--Timer

很多时候我们希望任务可以定时的周期性的执行，在最初的JAVA工具类库中，通过Timer可以实现定时的周期性的需求，但是有一定的缺陷，例如：Timer是基于绝对时间的而非支持相对时间，因此Timer对系统时钟比较敏感。虽然有一定的问题，但是我们还是从这个最简单的实现开始研究。

首先，我们准备一些讨论问题的类：TimerTask1和TimerLongTask，如下

public class TimerTask1 extends TimerTask {

    @Override
    public void run() {
        String base = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789";
        Random random = new Random();
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            int number = random.nextInt(base.length());
            sb.append(base.charAt(number));
        }
        System.out.println(new Date()+","+sb.toString());
    }

}

 这个类负责生成一个含有10个字符的字符串，这里我们将输出时间打印出来，近似认为是任务执行的时间。

public class TimerLongTask extends TimerTask {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("TimerLongTask: 开始沉睡");
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(10);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("TimerLongTask: 已经醒来");
    }

}

 这个类启动了一个长任务，即让任务沉睡10秒。

下面我们来看一个定时任务执行的例子：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Timer timer = new Timer();
    timer.schedule(new TimerTask1(), 1);
    timer.schedule(new TimerLongTask(), 1);
    timer.schedule(new TimerTask1(), 2);
    TimeUnit.SECONDS.sleep(20);
    timer.cancel();
}

 在这个例子中，我们先提交了一个TimerTask1任务，且让它延迟1毫秒执行，紧接着我们又提交了一个TimerLongTask长任务，且让它也延迟1毫秒执行，最后我们在提交一个TimerTask1任务，延迟2毫秒执行。然后让主线程沉睡20秒后关闭timer。我们看一下执行结果：

Thu Apr 21 11:04:31 CST 2011,utg3hn7u4r
TimerLongTask: 开始沉睡
TimerLongTask: 已经醒来
Thu Apr 21 11:04:41 CST 2011,4aac22sud1

 这里我们看到第一次输出10个字符的时间和第二次输出10个字符的时间上相差了10秒，这10秒恰恰是长任务沉睡的时间，通过这个输出我们可以分析出：Timer用来执行任务的线程其实只有一个，且逐一被执行。接下来我们查看一下源码验证一下，如下：

private TaskQueue queue = new TaskQueue();
private TimerThread thread = new TimerThread(queue);

 这两行代码来自Timer源码，我们可以看到在第一次创建了Timer时就已经创建了一个thread和一个queue，因此只有一个线程来执行我们的任务。

那么Timer是如何来执行任务的？

首先我们调用timer.schedule方法，将任务提交到timer中，Timer中有很多重载的schedule方法，但它们都会调用同一个方法即sched方法。这个方法会将我们提交的任务添加到TaskQueue的队列中(即queue)，在每次添加时都会根据nextExecutionTime大小来调整队列中任务的顺序，让nextExecutionTime最小的排在队列的最前端，nextExecutionTime最大的排在队列的最后端。在创建Timer时，我们同时也创建了一个TimerThread即thread，并且启动了这个线程，

public Timer(String name) {
        thread.setName(name);
        thread.start();
}

 TimerThread中的mainLoop方法是核心，它会完成所有的任务执行，在一开始我们的队列为空，这时mainLoop方法将会使线程进入等待状态，当我们使用schedule提交任务时会notify这个TimerThread线程，若任务的执行未到则在wait相对的时间差。

我们调整一下上面的代码，

Timer timer = new Timer();
timer.schedule(new TimerTask1(), 1);
timer.schedule(new TimerTask1(), 5000);
timer.schedule(new TimerLongTask(), 3000);
TimeUnit.SECONDS.sleep(20);
timer.cancel();

 这样先提交两个输出字符的任务最后提交长任务，在这里，我们让第二个输出字符的任务延迟5秒执行，长任务延迟3秒执行，这样得到的结果如下：

Thu Apr 21 13:07:44 CST 2011,2sstwluvgc
TimerLongTask: 开始沉睡
TimerLongTask: 已经醒来
Thu Apr 21 13:07:57 CST 2011,sh4fnkqqc8

 虽然我们改变了提交顺序，但是还是按照延迟时间递增排序执行的，两个输出字符串的时间之间相差13秒，这也是长任务等待执行时间+长任务睡眠时间之和。

重复执行scheduleAtFixedRate方法提交任务，主要是调用rescheduleMin方法对已经调用的任务进行重新设置调度延迟，并调用fixDown方法对队列里的任务根据延迟时间重新排序。

Timer timer = new Timer();
timer.scheduleAtFixedRate(new TimerTask1(), 3000, 5000);

 3000，代表第一次执行时等待的时间，5000代表每次执行任务之间的时间间隔，运行结果：

Thu Apr 21 13:14:55 CST 2011,izf536esrg
Thu Apr 21 13:15:00 CST 2011,2khzm7e09v
Thu Apr 21 13:15:05 CST 2011,jc3dvt2m8q

 基本是每5秒运行一次。

由于Timer只使用一个线程运行所有的任务，那么当一个任务抛出运行时异常后会有什么样的情形呢？其他的任务是否可以继续？我们已经有了前面的知识可以先猜想一个结果：因为Timer只使用一个线程运行所有的任务，所以当一个线程抛出运行时异常时，这个线程就基本挂了，不会在执行后续的任何代码，因此我们可以断言，当一个任务抛出运行时异常时，后续任务都不可以执行。为了证明这个猜想，我们需要一个可以抛出异常的任务，如下：

public class TimerExceptionTask extends TimerTask {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("TimerExceptionTask: "+new Date());
        throw new RuntimeException();
    }

}

 这个任务抛出一个运行时异常。接着我们需要定义一下我们任务执行的顺序：先执行一个正常的任务，然后在执行一个抛出异常的任务，最后在执行一个正常的任务，如下：

Timer timer = new Timer();
timer.schedule(new TimerTask1(), 1000);
timer.schedule(new TimerExceptionTask(), 3000);
timer.schedule(new TimerTask1(), 5000);
TimeUnit.SECONDS.sleep(6);
timer.cancel();

 延迟1秒执行正常输出字符串的任务，延迟3秒执行抛出异常的任务，延迟5秒执行正常输出字符串的任务，看一下结果：

Thu Apr 21 13:40:23 CST 2011,lk7fjneyyu
TimerExceptionTask: Thu Apr 21 13:40:25 CST 2011
Exception in thread "Timer-0" java.lang.RuntimeException
    at org.victorzhzh.concurrency.TimerExceptionTask.run(TimerExceptionTask.java:11)
    at java.util.TimerThread.mainLoop(Timer.java:512)
    at java.util.TimerThread.run(Timer.java:462)

 并没有输出两个字符串，只执行了第一次的输出字符串任务，说明当抛出运行时异常时，其后续任务不可能被执行。

鉴于Timer的缺陷，所以对它的使用还是要谨慎的，还好并发包中为我们提供了相应的替代品：ScheduledThreadPoolExecutor。