快捷導(dǎo)航

Java并發(fā)Timer源碼分析

更新時間：2018年07月12日 08:13:52 作者：狂小白

這篇文章講述了java并發(fā)編程的相關(guān)知識點，并通過Timer源碼分析更深入的講解了java并發(fā)編程。

timer在JDK里面，是很早的一個API了。具有延時的，并具有周期性的任務(wù)，在newScheduledThreadPool出來之前我們一般會用Timer和TimerTask來做，但是Timer存在一些缺陷，為什么這么說呢？

Timer只創(chuàng)建唯一的線程來執(zhí)行所有Timer任務(wù)。如果一個timer任務(wù)的執(zhí)行很耗時，會導(dǎo)致其他TimerTask的時效準(zhǔn)確性出問題。例如一個TimerTask每10秒執(zhí)行一次，而另外一個TimerTask每40ms執(zhí)行一次，重復(fù)出現(xiàn)的任務(wù)會在后來的任務(wù)完成后快速連續(xù)的被調(diào)用4次，要么完全“丟失”4次調(diào)用。Timer的另外一個問題在于，如果TimerTask拋出未檢查的異常會終止timer線程。這種情況下，Timer也不會重新回復(fù)線程的執(zhí)行了；它錯誤的認(rèn)為整個Timer都被取消了。此時已經(jīng)被安排但尚未執(zhí)行的TimerTask永遠(yuǎn)不會再執(zhí)行了，新的任務(wù)也不能被調(diào)度了。

這里做了一個小的 demo 來復(fù)現(xiàn)問題，代碼如下：

package com.hjc;

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

/**
 * Created by cong on 2018/7/12.
 */
public class TimerTest {
 //創(chuàng)建定時器對象
 static Timer timer = new Timer();

 public static void main(String[] args) {
 //添加任務(wù)1,延遲500ms執(zhí)行
 timer.schedule(new TimerTask() {

  @Override
  public void run() {
  System.out.println("---one Task---");
  try {
   Thread.sleep(1000);
  } catch (InterruptedException e) {
   e.printStackTrace();
  }
  throw new RuntimeException("error ");
  }
 }, 500);
 //添加任務(wù)2，延遲1000ms執(zhí)行
 timer.schedule(new TimerTask() {

  @Override
  public void run() {
  for (;;) {
   System.out.println("---two Task---");
   try {
   Thread.sleep(1000);
   } catch (InterruptedException e) {
   // TODO Auto-generated catch block
   e.printStackTrace();
   }
  }
  }
 }, 1000);

 }
}

如上代碼先添加了一個任務(wù)在 500ms 后執(zhí)行，然后添加了第二個任務(wù)在 1s 后執(zhí)行，我們期望的是當(dāng)?shù)谝粋€任務(wù)輸出 ---one Task--- 后等待 1s 后第二個任務(wù)會輸出 ---two Task---，

但是執(zhí)行完畢代碼后輸出結(jié)果如下所示：

例子2，

public class Shedule {
 private static long start;

 public static void main(String[] args) {
  TimerTask task = new TimerTask() {
   public void run() {
    System.out.println(System.currentTimeMillis()-start);
    try{
     Thread.sleep(3000);
    }catch (InterruptedException e){
     e.printStackTrace();
    }
   }
  };

  TimerTask task1 = new TimerTask() {
   @Override
   public void run() {
    System.out.println(System.currentTimeMillis()-start);
   }
  };

  Timer timer = new Timer();
  start = System.currentTimeMillis();
  //啟動一個調(diào)度任務(wù)，1S鐘后執(zhí)行
  timer.schedule(task,1000);
  //啟動一個調(diào)度任務(wù)，3S鐘后執(zhí)行
  timer.schedule(task1,3000);


 }

}

上面程序我們預(yù)想是第一個任務(wù)執(zhí)行后，第二個任務(wù)3S后執(zhí)行的，即輸出一個1000，一個3000.

實際運(yùn)行結(jié)果如下：

實際運(yùn)行結(jié)果并不如我們所愿。世界結(jié)果，是過了4S后才輸出第二個任務(wù)，即4001約等于4秒。那部分時間時間到哪里去了呢？那個時間是被我們第一個任務(wù)的sleep所占用了。

現(xiàn)在我們在第一個任務(wù)中去掉Thread.sleep（）；這一行代碼，運(yùn)行是否正確了呢？運(yùn)行結(jié)果如下：

可以看到確實是第一個任務(wù)過了1S后執(zhí)行，第二個任務(wù)在第一個任務(wù)執(zhí)行完后過3S執(zhí)行了。

這就說明了Timer只創(chuàng)建唯一的線程來執(zhí)行所有Timer任務(wù)。如果一個timer任務(wù)的執(zhí)行很耗時，會導(dǎo)致其他TimerTask的時效準(zhǔn)確性出問題。

Timer 實現(xiàn)原理分析

下面簡單介紹下 Timer 的原理，如下圖是 Timer 的原理模型介紹：

1.其中 TaskQueue 是一個平衡二叉樹堆實現(xiàn)的優(yōu)先級隊列，每個 Timer 對象內(nèi)部有唯一一個 TaskQueue 隊列。用戶線程調(diào)用 timer 的 schedule 方法就是把 TimerTask 任務(wù)添加到 TaskQueue 隊列，在調(diào)用 schedule 的方法時候 long delay 參數(shù)用來說明該任務(wù)延遲多少時間執(zhí)行。

2.TimerThread 是具體執(zhí)行任務(wù)的線程，它從 TaskQueue 隊列里面獲取優(yōu)先級最小的任務(wù)進(jìn)行執(zhí)行，需要注意的是只有執(zhí)行完了當(dāng)前的任務(wù)才會從隊列里面獲取下一個任務(wù)而不管隊列里面是否有已經(jīng)到了設(shè)置的 delay 時間，一個 Timer 只有一個 TimerThread 線程，所以可知 Timer 的內(nèi)部實現(xiàn)是一個多生產(chǎn)者單消費(fèi)者模型。

從實現(xiàn)模型可以知道要探究上面的問題只需看 TimerThread 的實現(xiàn)就可以了，TimerThread 的 run 方法主要邏輯源碼如下：

public void run() {
 try {
  mainLoop();
 } finally {
  // 有人殺死了這個線程，表現(xiàn)得好像Timer已取消
  synchronized(queue) {
   newTasksMayBeScheduled = false;
   queue.clear(); // 消除過時的引用
  }
 }
}
 private void mainLoop() {
  while (true) {
   try {
    TimerTask task;
    boolean taskFired;
    //從隊列里面獲取任務(wù)時候要加鎖
    synchronized(queue) {
     ......
    }
    if (taskFired) 
     task.run();//執(zhí)行任務(wù)
   } catch(InterruptedException e) {
   }
  }
 }

可知當(dāng)任務(wù)執(zhí)行過程中拋出了除 InterruptedException 之外的異常后，唯一的消費(fèi)線程就會因為拋出異常而終止，那么隊列里面的其他待執(zhí)行的任務(wù)就會被清除。所以 TimerTask 的 run 方法內(nèi)最好使用 try-catch 結(jié)構(gòu) catch 主可能的異常，不要把異常拋出到 run 方法外。

其實要實現(xiàn)類似 Timer 的功能使用 ScheduledThreadPoolExecutor 的 schedule 是比較好的選擇。ScheduledThreadPoolExecutor 中的一個任務(wù)拋出了異常，其他任務(wù)不受影響的。

ScheduledThreadPoolExecutor 例子如下：

/**
 * Created by cong on 2018/7/12.
 */
public class ScheduledThreadPoolExecutorTest {
 static ScheduledThreadPoolExecutor scheduledThreadPoolExecutor = new ScheduledThreadPoolExecutor(1);

 public static void main(String[] args) {

  scheduledThreadPoolExecutor.schedule(new Runnable() {

   public void run() {
    System.out.println("---one Task---");
    try {
     Thread.sleep(1000);
    } catch (InterruptedException e) {
     e.printStackTrace();
    }
    throw new RuntimeException("error ");
   }

  }, 500, TimeUnit.MICROSECONDS);

  scheduledThreadPoolExecutor.schedule(new Runnable() {

   public void run() {
    for (int i =0;i<5;++i) {
     System.out.println("---two Task---");
     try {
      Thread.sleep(1000);
     } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
     }
    }

   }

  }, 1000, TimeUnit.MICROSECONDS);

  scheduledThreadPoolExecutor.shutdown();
 }
}

運(yùn)行結(jié)果如下：

之所以 ScheduledThreadPoolExecutor 的其他任務(wù)不受拋出異常的任務(wù)的影響是因為 ScheduledThreadPoolExecutor 中的 ScheduledFutureTask 任務(wù)中 catch 掉了異常，但是在線程池任務(wù)的 run 方法內(nèi)使用 catch 捕獲異常并打印日志是最佳實踐。

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