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多线程（初阶八：计时器Timer）

2024-02-04 73

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简介： 多线程（初阶八：计时器Timer）

一、标准库中的计时器

1、计时器的概念

计时器类似闹钟，有定时的功能，闹钟是到时间就会响，而计时器是到时间就会执行某一操作，可以指定时间，去执行某一任务（某一代码）。

2、计时器的简单介绍

在标准库中，提供了Timer类，Timer类的核心方法是schedule，里面包含两个参数，一个是要执行的任务代码，一个是设置多久之后执行这个任务代码的时间。注意：Timer内置了线程（前台线程）

代码演示：

public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        Timer timer = new Timer();
        timer.schedule(new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("hello 3000");
            }
        }, 3000);
        timer.schedule(new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("hello 2000");
            }
        }, 2000);
        timer.schedule(new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("hello 1000");
            }
        }, 1000);
        System.out.println("hello main");
    }
}

执行结果：

可以看到先打印 hello main ，等过了1s才打印 hello 1000，往后继续推，说明Timer内置了线程，main线程不用等待，而timer类是要到时间才会执行任务代码。注意：这里的线程并没有结束，可以看到idea里也没有显示线程结束，说明timer类里面内置的是前台线程。

但是timer类里面有cancel方法，可以结束线程，我们把这个方法加到打印hello 3000那方法里面，这样就可以结束timer类里面的线程了。

代码：

public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        Timer timer = new Timer();
        timer.schedule(new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("hello 3000");
                timer.cancel();
            }
        }, 3000);
        timer.schedule(new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("hello 2000");
            }
        }, 2000);
        timer.schedule(new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("hello 1000");
            }
        }, 1000);
        System.out.println("hello main");
    }
}

执行结果：

可以结束线程。

二、模拟实现一个计时器

1、思路

（1）计数器中要存放任务的数据结构

首先，我们知道，计时器是可以定时去执行一些任务操作，那么我们怎么每次先去执行时间小的那一操作呢？用数组吗？其实在某一些场景下确实可以用数组，但这就需要我们每次都去遍历数组，找出最小的时间，但是如果我们要定时很多任务，成千上万呢？这就不合理了，从数组里面找出这个时间最小的数据，一方面要考虑资源花销大的问题，还有要考虑时间的问题，找的时间太长，错过了已经到时要执行的任务，这说明，使用数组存放任务是不合理的。

可以用优先级队列，这样，每次拿都能拿到时间最小的任务，时间复杂度也仅仅是O(1)，但是优先级队列不能是阻塞队列，不然会引起死锁问题。

（2）存放优先级队列中的类型：自定义任务类MyTimerTask

任务类是放要执行的代码和要执行任务时间，单独作为一类，存进优先级队列中，其中，优先级队列里的比较是按任务类的时间大小来比较的。

（3）计数器类MyTimer

里面有一个线程，放在MyTimer类的构造方法中，这个线程就是扫描线程，而这个扫描线程来完成判断和操作，入队列或者判断啥时候才执行要执行的代码的操作；还有创建任务schedule的方法，里面也有入队列的操作。

代码：

MyTimer类：

//通过这个类表示定时器
class MyTimer {
    Object locker = new Object();
    //负责扫描任务队列，执行任务的线程
    private Thread t = null;
    //任务队列
    private PriorityQueue<MyTimerTask> queue = new PriorityQueue<>();
    //入队列的方法
    public void schedule(Runnable runnable, long delay) {
        synchronized (locker) {
            MyTimerTask task = new MyTimerTask(runnable, delay);
            queue.offer(task);
            locker.notify();
        }
    }
    //构造方法，会创建线程，让扫描线程来完成判定和执行
    public MyTimer() {
        t = new Thread(() -> {
            while (true) {
                try {
                    synchronized (locker) {
                        while (queue.isEmpty()) {
                            //队列没有元素就要等待
                            locker.wait();
                        }
                        //取出元素，看是否到时间了
                        MyTimerTask task = queue.peek();
                        long curTime = System.currentTimeMillis();
                        if(curTime >= task.getTime()) {
                            //到时间了，取出
                            queue.poll();
                            task.run();
                        } else {
                            //当前时间还没到，暂时不处理
                            locker.wait(task.getTime() - curTime);
                        }
                    }
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
        t.start();
    }
}

里面的核心代码：schedule方法，这是创建任务，里面包含了要执行的代码和执行代码的时间，还有就是构造方法，里面有一个线程，这个线程就是不断去判断队列有没有任务，到时间了的任务就拿队伍里时间最小的任务，执行这任务里的代码，没到时间就要等。

MyTimerTask任务类：

代码：

//通过这个类，来描述一个任务
class MyTimerTask implements Comparable<MyTimerTask>{
    //在什么时间点来执行任务
    private long time;//此处的time是一个ms级别的时间戳
    //实际任务要执行的代码
    private Runnable runnable;
    public MyTimerTask(Runnable runnable, long delay) {
        this.runnable = runnable;
        //计算的是要执行任务绝对时间，方便判断是否到达时间了
        this.time = System.currentTimeMillis() + delay;
    }
    //得到要执行任务时间的方法
    public long getTime() {
        return this.time;
    }
    public void run() {
        this.runnable.run();
    }
    @Override
    public int compareTo(MyTimerTask o) {
        return (int)(this.time - o.time);
    }
}

任务类里面放要是和执行的代码，和要执行代码的时间，因为要放进队列里，所以要实现一个比较器，用时间来比较，重写compareTo方法。

2、分析计时器的线程安全问题

（1）维护队列进出的操作

我们知道，不创建其他线程，就一个主线程去调用MyTimer类的话，一共就会有两个线程：主线程和 t 线程，这时候，主线程的代码是这样的

代码：

public class TimerTest {
    public static void main(String[] args) {
        MyTimer timer = new MyTimer();
        timer.schedule(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("hello 3000");
            }
        }, 3000);
        timer.schedule(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("hello 2000");
            }
        }, 2000);
        timer.schedule(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("hello 1000");
            }
        }, 1000);
        System.out.println("hello main");
    }
}

主线程有入队列的操作，但 t 线程也有出队列的操作，如图：

多线程操作一个队列有进有出，肯定是线程不安全的操作；所以，要维护这个队列，就要把入队列和出队列操作都上锁，同一时间要么只能入队列，要么只能出队列；

入队列操作上锁位置好知道，把创建任务和入队列操作都上锁；但是出队列呢？要在哪里上锁，把while循环都给上锁了？显然，这样的代码感觉有点危险，在这场景上确实可以用，但是，如果是在其他场景下，如果一个线程拿到锁了，但是因为没有实际来执行代码，就会不停的解锁、加锁，这样其他线程就饿死了，所以，还是在while里面，把里面的操作给上锁，这样看着没那么膈应。

如图的代码是最终版本的，上面的代码都是最终版本的。