【JavaEE初阶系列】——多线程案例三——定时器

时间:2024-04-02 22:47:28

????标准库中的定时器

  • 标准库中提供了一个 Timer 类. Timer 类的核心方法为 schedule .
  • schedule 包含两个参数. 第一个参数指定即将要执行的任务代码, 第二个参数指定多长时间之后执行 (单位为毫秒).
import java.util.Timer;
import java.util.TimerTask;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Timer timer=new Timer();
        timer.schedule(new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("2s后执行");
            }
        },2000);
        System.out.println("开始执行");
    }
}

这段程序就是创建一个定时器,然后提交一个2000s后执行的任务。

此处使用的是匿名内部类的写法,继承了TimerTask并且创建出了一个实例。这样的目的是为了重写run,通过run描述任务的详细情况。因为TimerTask是个抽象类本身是没有方法的,它存在的意义是继承,本个案例是实现接口Runnable里面的run方法。通过run方法描述任务的详细情况。

另一个参数是相对时间,当前安排的任务,啥时候执行,此处填写的时间,就是以当前时刻为基准,往后再推xxx的时间。

主线程执行schedule方法的时候,就是把这个任务放到timer对象中了,与此同时,timer里头也包含了一个线程,这个线程叫做“扫描线程”,一旦时间到,扫描线程就会执行刚才安排的任务了。仔细观察,可以发现,整个进程其实并没有结束,就是因为Timer内部的线程,阻止了进程结束。等下面实现定时器的时候,我们就可以知道为什么不结束了。


????自定义定时器

我们自己实现一个定时器的前提是我们需要弄清楚定时器都有什么:

 Timer timer=new Timer();
  • Timer中需要有一个线程,扫描任务是否到时间,可以执行了。
  • 需要有一个数据结构,把所有的任务都保存起来。
  • 还需要创建一个类,通过类的对象来描述一个任务(至少要包含任务内容和时间)

创建一个扫描线程相对比较简单,我们需要确定一个数据结构来保存我们提交的任务,我们提交过来的任务,是由任务和时间组成的,我们需要构建一个TimeTask对象,数据结构我们这里使用优先级队列,因为我们的任务是有时间顺序的,具有一个优先级,并且要保证在多线程下是安全的,所以我们这里使用:PriorityQueue比较合适。因为Timer中添加的这些任务,都是带有一个“时间”,一定是时间小的先执行,最先执行的就是时间最小的任务,如果时间最小的任务还没到时间,其他任务更不会执行了。(优先级队列,可以使用O(1)时间,来获取到时间最小的任务)。


????构造Task类

MyTask 类用于描述一个任务 ( 作为 Timer 的内部类 ). 里面包含一个 Runnable 对象和一个 time( 毫秒时间戳)

????相对时间和绝对时间

//执行任务的时间(绝对时间)
private long time;

此时记录的是一个“绝对的时间"(完整的时间戳)。

  • 绝对时间:当前具体的时间
  • 相对时间:时间间隔

schedule方法里面的第二个参数是相对时间,为什么构造的时候记录绝对时间呢?

后续扫描线程的时候,如何判定当前这个任务是否要执行?

  • 获取到当前的时间戳  14:00
  • 再获取到任务要执行的时间戳 14:05
  • 对比俩个时间戳(时间没有到,不能执行)

当前的时间戳是利用到  System.currentTimeMillis()方法,现在我写的时间是20:02,此时时间戳转换成时间就是绝对时间。我们再扫描线程的时候,我们比较的是 当前的时间戳和我要执行的时候的绝对时间,所以我们最好是记录绝对时间。

    public MyTask(Runnable runnable,long delay){
        this.time=System.currentTimeMillis()+delay;
        this.runnable=runnable;
    }

构造方法中的俩个参数是 执行任务的对象以及相对时间。因为再调用schedule方法的时候传的第二个参数是相对时间。我们只需要将 相对时间+时间戳=绝对时间,就可以算出来。

比如现在是20:07的时候,调用的是schedule方法,执行delay是5分钟,那么再对应上面的 System.currentTimeMillis()就是14:00,delay是5分钟,那么绝对时间也就是要执行的时间是14:05分。


当我们创建好属性和获取当前的对象和时间的时候,我们再代码中还有一定的问题。

我们要想到,我们用优先级队列来保存任务,那么用到优先级队列,要求里面的元素务必是可以比较的。所以我们需要实现Comparable接口,继承compareTo方法。

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

由于返回类型是int类型,而时间戳返回类型是long类型,所以我们需要强制类型转换。

我们所创建的任务类里面的成员属性(任务对象和绝对时间)还有构造方法,以及比较方法。为下面的扫描线程铺垫。


????构造MyTime类

实现计时器,首先我们要创建一个优先级队列,里面包含的元素是执行的任务,然后实现schedule方法,再调用schedule方法的时候,就插入队列中,而里面的扫描线程应该放在构造方法中,因为我们再创建MyTime类的时候,线程就启动。

class MyTime{
    PriorityQueue<MyTask>queue=new PriorityQueue<>();
    public void schedule(Runnable runnable,long delay){
        queue.offer(new MyTask(runnable,delay));//插入队列中
    }

    public MyTime(){
        Thread thread=new Thread(()->{
            while(true){
                
            }
        });
        thread.start();//放在构造方法中,再创建对象的时候,就启用线程。
    }
}

继续完善代码,


????队列空和队列不为空

如果队列是空的话,我们就要阻塞等待,等到再调用schedule后插入任务的时候,我们就可以继续执行。我们就会联想到wait()和notify()方法。要想要用wait()就需要加锁。但是我们再上一篇的 阻塞队列中我们知道

wait()再执行的时候要经过三个步骤。

  • 释放锁 ——》前提是先拿到锁
  • 等待通知
  • 通知到来之后,唤醒,重新获得锁

其实我们可以看到我们再创建对象的时候扫描线程启动,当我们调用schedule方法的时候,这也是一个线程再给队列添加元素,不同的线程,再对同一个队列操作,是肯定有线程安全问题的,所以不管使不使用wait()都是得加锁的。

 public void schedule(Runnable runnable,long delay){
        synchronized (this){
            queue.offer(new MyTask(runnable,delay));
            this.notify();//当插入任务后,我们就要唤醒线程
        }
    }

    public MyTime(){
        Thread thread=new Thread(()->{
            while(true){
                try {
                    synchronized (this){
                        while(queue.isEmpty()){
                            this.wait();//如果队列为空,我们就要阻塞等待(队列插入任务)
                        }
                        
                    }
                }catch (InterruptedException e){
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
        thread.start();
    }

如果队列不为空的情况下

首先我们需要获取当前堆顶的元素(也就是执行时间最先的一个),然后我们需要获取当前的绝对时间(就是你现在再看我的博客的时间),我们需要和任务类里面的time绝对时间(这里的绝对时间是我们要执行任务的时间)相比较,如果当前时间大于等于执行任务时间,那么我们就得执行该任务,执行完后从队列中删除,如果当前时间小于要执行任务的时间,我们就得不执行,等到时间到了为止。

class MyTime{
    PriorityQueue<MyTask>queue=new PriorityQueue<>();
    public void schedule(Runnable runnable,long delay){
        synchronized (this){
            queue.offer(new MyTask(runnable,delay));
            this.notify();
        }
    }

    public MyTime(){
        Thread thread=new Thread(()->{
            while(true){
                try {
                    synchronized (this){
                        while(queue.isEmpty()){
                            this.wait();
                        }
                        MyTask myTask=queue.peek();//获取最先执行的任务(里面有任务对象和绝对时间)
                        long currentTime=System.currentTimeMillis();//获得当前时间
                        if(currentTime>=myTask.getTime()){
                            myTask.getRunnable().run();//执行这个任务
                            queue.poll();//删除堆顶元素
                        }else{

                        }
                    }
                }catch (InterruptedException e){
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
        thread.start();
    }
}

????wait(带参)解决消耗资源问题

程序到这里还是有点问题的。

这个程序到这里,比如,我队列中有一个任务,是14:30执行,当时时刻是14:00(时间未到),当时间没到的时候,此处的循环,会快速循环很多次,相当于,时间没到,但是我在这不停的看表,本来这个时间是可以休息的,但是这个不停看表的动作,使我并没有休息~同时,也没有干活。忙等,确实再等,但是也消耗了很多cpu资源,因为没有到时间依旧进入循环。所以此处也加个wait,这里的wait,引入带参数的版本(带有超时时间),把时间间隔作为wait的等待时间了,14:00——14:30 ,此时wait就直接等30min就可以了。

this.wait(myTask.getTime()-System.currentTimeMillis());//执行任务时间-当前时间

而且当任务时间没到的时候,就wiat阻塞(线程不会再cpu上调度,也就把cpu资源让出来给别人了)


????为什么使用wait,不使用sleep

但是为啥使用wait,不使用sleep行不行? ——wait是更好的

可能在等待过程中,主线程调用schedule添加一个新的任务,新的任务是14:10执行,比刚才最早的任务还早,恰好使用刚才的schedule中的notify就可以唤醒这里的wait,让循环再执行一遍,重新拿到队首的元素(14:10),接下来wait的时间就更新成10min。

 if(currentTime>=myTask.getTime()){
        myTask.getRunnable().run();//执行这个任务
        queue.poll();//队列中执行完了,删除堆顶元素
     }else{
       //当前时间还没到任务时间,暂时不执行任务,但是先啥都不干,等待下一轮的循环判定
          this.wait(myTask.getTime()-System.currentTimeMillis());//执行任务时间-当前时间
     }

????为什么使用PriorityQueue(),不使用PriorityBlockingQueue()

为什么使用priorityQueue(),其实就是因为要处理俩个wait地方,如果使用阻塞版本的优先级队列,不方便实现这样的俩处等待。

用priorityQueue优先级队列时,一个notify()可以用到俩个wait(),入完任务之后,队列不为空,就唤醒,当最新任务时间还没到的时候,进入阻塞,新的任务来了之后,就唤醒一下,然后重新判定一下最早的任务是啥以及更新等待时间。(所以notify可以同时唤醒俩个wait(),因为入完队列俩个都得唤醒)


????测试

public class Test_Timer2 {
    public static void main(String[] args) {
        MyTimer myTimer=new MyTimer();
        myTimer.schedule(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("chenle");
            }
        },2000);

        myTimer.schedule(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("zyf");
            }
        },3000);

        System.out.println("开始");
    }
}