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Timer 与替换类 ScheduledExecutorService 介绍

Timer简介

定时任务是经常需要用到的业务功能,比如定时清理垃圾,定时执行某些代码等等。

在java中一个完整定时任务需要由Timer、TimerTask两个类来配合完成。 API中是这样定义他们的,Timer:一种工具,线程用其安排以后在后台线程中执行的任务。可安排任务执行一次,或者定期重复执行。由TimerTask:Timer 安排为一次执行或重复执行的任务。我们可以这样理解Timer是一种定时器工具,用来在一个后台线程计划执行指定任务,而TimerTask一个抽象类,它的子类代表一个可以被Timer计划的任务。

Timer 类

在工具类Timer中,提供了四个构造方法,每个构造方法都启动了计时器线程,同时Timer类可以保证多个线程可以共享单个Timer对象而无需进行外部同步,所以Timer类是线程安全的。但是由于每一个Timer对象对应的是单个后台线程,用于顺序执行所有的计时器任务,一般情况下我们的线程任务执行所消耗的时间应该非常短,但是由于特殊情况导致某个定时器任务执行的时间太长,那么他就会“独占”计时器的任务执行线程,其后的所有线程都必须等待它执行完,这就会延迟后续任务的执行,使这些任务堆积在一起,具体情况我们后面分析。

当程序初始化完成Timer后,定时任务就会按照我们设定的时间去执行,Timer提供了schedule方法,该方法有多中重载方式来适应不同的情况,如下:

  • schedule(TimerTask task, Date time) :安排在指定的时间执行指定的任务。

  • schedule(TimerTask task, Date firstTime, long period) :安排指定的任务在指定的时间开始进行重复的固定延迟执行。

  • schedule(TimerTask task, long delay) :安排在指定延迟后执行指定的任务。

  • schedule(TimerTask task, long delay, long period) :安排指定的任务从指定的延迟后开始进行重复的固定延迟执行。

  • scheduleAtFixedRate(TimerTask task, Date firstTime, long period):安排指定的任务在指定的时间开始进行重复的固定速率执行。

  • scheduleAtFixedRate(TimerTask task, long delay, long period):安排指定的任务在指定的延迟后开始进行重复的固定速率执行。

TimerTask 类

TimerTask类是一个抽象类,由Timer 安排为一次执行或重复执行的任务。它有一个抽象方法run()方法,该方法用于执行相应计时器任务要执行的操作。因此每一个具体的任务类都必须继承TimerTask,然后重写run()方法。

另外它还有两个非抽象的方法:

boolean cancel():取消此计时器任务。

long scheduledExecutionTime():返回此任务最近实际执行的安排执行时间。

实例

指定延迟时间执行定时任务

  1. public class TimerTest01 {
  2. Timer timer;
  3. public TimerTest01(int time) {
  4. timer = new Timer();
  5. timer.schedule(new TimerTaskTest01(), time * 1000);
  6. }
  7. public static void main(String[] args) {
  8. System.out.println("timer begin....");
  9. new TimerTest01(3);
  10. }
  11. }
  12. public class TimerTaskTest01 extends TimerTask {
  13. @Override
  14. public void run() {
  15. System.out.println("Time's up!!!!");
  16. }
  17. }

在指定时间执行定时任务

  1. public class TimerTest02 {
  2. Timer timer;
  3. public TimerTest02(){
  4. Date time = getTime();
  5. System.out.println("指定时间time=" + time);
  6. timer = new Timer();
  7. timer.schedule(new TimerTaskTest02(), time);
  8. }
  9. public Date getTime(){
  10. Calendar calendar = Calendar.getInstance();
  11. calendar.set(Calendar.HOUR_OF_DAY, 11);
  12. calendar.set(Calendar.MINUTE, 39);
  13. calendar.set(Calendar.SECOND, 00);
  14. Date time = calendar.getTime();
  15. return time;
  16. }
  17. public static void main(String[] args) {
  18. new TimerTest02();
  19. }
  20. }
  21. public class TimerTaskTest02 extends TimerTask{
  22. @Override
  23. public void run() {
  24. System.out.println("指定时间执行线程任务...");
  25. }
  26. }

在延迟指定时间后以指定的间隔时间循环执行定时任务

  1. public class TimerTest03 {
  2. Timer timer;
  3. public TimerTest03() {
  4. timer = new Timer();
  5. timer.schedule(new TimerTaskTest03(), 1000, 2000);
  6. }
  7. public static void main(String[] args) {
  8. new TimerTest03();
  9. }
  10. }
  11. public class TimerTaskTest03 extends TimerTask {
  12. @Override
  13. public void run() {
  14. Date date = new Date(this.scheduledExecutionTime());
  15. System.out.println("本次执行该线程的时间为:" + date);
  16. }
  17. }

对于这个线程任务,如果我们不将该任务停止,他会一直运行下去。

分析schedule和scheduleAtFixedRate

  1. schedule(TimerTask task, Date time)schedule(TimerTask task, long delay)
    对于这两个方法而言,如果指定的计划执行时间scheduledExecutionTime<= systemCurrentTime,则task会被立即执行。scheduledExecutionTime不会因为某一个task的过度执行而改变。

  2. schedule(TimerTask task, Date firstTime, long period)schedule(TimerTask task, long delay, long period)
    这两个方法与上面两个就有点儿不同的,前面提过Timer的计时器任务会因为前一个任务执行时间较长而延时。在这两个方法中,每一次执行的task的计划时间会随着前一个task的实际时间而发生改变,也就是scheduledExecutionTime(n+1)=realExecutionTime(n)+periodTime。也就是说如果第n个task由于某种情况导致这次的执行时间过程,最后导致systemCurrentTime>= scheduledExecutionTime(n+1),这是第n+1个task并不会因为到时了而执行,他会等待第n个task执行完之后再执行,那么这样势必会导致n+2个的执行实现scheduledExecutionTime放生改变即scheduledExecutionTime(n+2) = realExecutionTime(n+1)+periodTime。所以这两个方法更加注重保存间隔时间的稳定。

  3. scheduleAtFixedRate(TimerTask task, Date firstTime, long period)scheduleAtFixedRate(TimerTask task, long delay, long period)
    在前面也提过scheduleAtFixedRate与schedule方法的侧重点不同,schedule方法侧重保存间隔时间的稳定,而scheduleAtFixedRate方法更加侧重于保持执行频率的稳定。为什么这么说,原因如下。在schedule方法中会因为前一个任务的延迟而导致其后面的定时任务延时,而scheduleAtFixedRate方法则不会,如果第n个task执行时间过长导致systemCurrentTime>= scheduledExecutionTime(n+1),则不会做任何等待他会立即执行第n+1个task,所以scheduleAtFixedRate方法执行时间的计算方法不同于schedule,而是scheduledExecutionTime(n)=firstExecuteTime +n*periodTime,该计算方法永远保持不变。所以scheduleAtFixedRate更加侧重于保持执行频率的稳定。

Timer的缺陷

Timer计时器可以定时(指定时间执行任务)、延迟(延迟5秒执行任务)、周期性地执行任务(每隔个1秒执行任务),但是,Timer存在一些缺陷。首先Timer对调度的支持是基于绝对时间的,而不是相对时间,所以它对系统时间的改变非常敏感。其次Timer线程是不会捕获异常的,如果TimerTask抛出的了未检查异常则会导致Timer线程终止,同时Timer也不会重新恢复线程的执行,他会错误的认为整个Timer线程都会取消。同时,已经被安排单尚未执行的TimerTask也不会再执行了,新的任务也不能被调度。故如果TimerTask抛出未检查的异常,Timer将会产生无法预料的行为。

  1. Timer管理时间延迟缺陷
    前面Timer在执行定时任务时只会创建一个线程任务,如果存在多个线程,若其中某个线程因为某种原因而导致线程任务执行时间过长,超过了两个任务的间隔时间,会发生一些缺陷:

    1. public class TimerTest04 {
    2. private Timer timer;
    3. public long start;
    4. public TimerTest04() {
    5. this.timer = new Timer();
    6. start = System.currentTimeMillis();
    7. }
    8. public void timerOne() {
    9. timer.schedule(new TimerTask() {
    10. @Override
    11. public void run() {
    12. System.out.println("timerOne invoked ,the time:" + (System.currentTimeMillis() - start));
    13. try {
    14. Thread.sleep(4000);//线程休眠3000
    15. } catch (InterruptedException e) {
    16. e.printStackTrace();
    17. }
    18. }
    19. }, 1000);
    20. }
    21. public void timerTwo() {
    22. timer.schedule(new TimerTask() {
    23. public void run() {
    24. System.out.println("timerOne invoked ,the time:" + (System.currentTimeMillis() - start));
    25. }
    26. }, 3000);
    27. }
    28. public static void main(String[] args) throws Exception {
    29. TimerTest04 test = new TimerTest04();
    30. test.timerOne();
    31. test.timerTwo();
    32. }
    33. }

    按照我们正常思路,timerTwo应该是在3s后执行,其结果应该是:

    1. timerOne invoked ,the time:1001timerOne invoked ,the time:3001

    但是事与愿违,timerOne由于sleep(4000),休眠了4S,同时Timer内部是一个线程,导致timeOne所需的时间超过了间隔时间,结果:

    1. timerOne invoked ,the time:1000timerOne invoked ,the time:5000
  2. Timer抛出异常缺陷
    如果TimerTask抛出RuntimeException,Timer会终止所有任务的运行。如下:

    1. public class TimerTest04 {
    2. private Timer timer;
    3. public TimerTest04(){
    4. this.timer = new Timer();
    5. }
    6. public void timerOne(){
    7. timer.schedule(new TimerTask() {
    8. public void run() {
    9. throw new RuntimeException();
    10. }
    11. }, 1000);
    12. }
    13. public void timerTwo() {
    14. timer.schedule(new TimerTask() {
    15. public void run() {
    16. System.out.println("我会不会执行呢??");
    17. }
    18. }, 1000);
    19. }
    20. public static void main(String[] args) {
    21. TimerTest04 test = new TimerTest04();
    22. test.timerOne();
    23. test.timerTwo();
    24. }
    25. }

    运行结果:timerOne抛出异常,导致timerTwo任务终止。

    1. Exception in thread "Timer-0" java.lang.RuntimeException at com.chenssy.timer.TimerTest04$1.run(TimerTest04.java:25) at java.util.TimerThread.mainLoop(Timer.java:555) at java.util.TimerThread.run(Timer.java:505)

    对于Timer的缺陷,我们可以考虑 ScheduledThreadPoolExecutor 来替代。Timer是基于绝对时间的,对系统时间比较敏感,而ScheduledThreadPoolExecutor 则是基于相对时间;Timer是内部是单一线程,而ScheduledThreadPoolExecutor内部是个线程池,所以可以支持多个任务并发执行。

Timer 的缺点

  1. 所有任务都是由同一个线程来调度,因此所有任务都是串行执行的,同一时间只能有一个任务在执行,前一个任务的延迟或异常都将会影响到之后的任务。
  2. Timer是基于绝对时间的。容易受系统时钟的影响。
  3. Timer只新建了一个线程来执行所有的TimeTask。所有TimeTask可能会相关影响 。
  4. Timer不会捕获TimerTask的异常,只是简单地停止。这样势必会影响其他TimeTask的执行。

ScheduledThreadPoolExecutor

鉴于 Timer 的上述缺陷,Java 5 推出了基于线程池设计的ScheduledThreadPoolExecutor。其设计思想是,每一个被调度的任务都会由线程池中一个线程去执行,因此任务是并发执行的,相互之间不会受到干扰。需 要注意的是,只有当任务的执行时间到来时,ScheduedExecutor 才会真正启动一个线程,其余时间 ScheduledExecutor 都是在轮询任务的状态。

ScheduledThreadPoolExecutor实现了ScheduledExecutorService接口。

有以下四个调度器的方法:

  1. //进行一次延迟调度:延迟delay这么长时间,单位为:TimeUnit传入的的一个基本单位。参数为Runnable。
  2. public ScheduledFuture<?> schedule(Runnable command, long delay, TimeUnit unit);
  3. //进行一次延迟调度:延迟delay这么长时间,单位为:TimeUnit传入的的一个基本单位。Callable。
  4. public <V> ScheduledFuture<V> schedule(Callable<V> callable, long delay, TimeUnit unit);
  5. //多次调度,每次依照上一次预计调度时间进行调度。
  6. public ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command, long initialDelay, long period, TimeUnit unit);
  7. //多次调度,每次按照上一次实际执行的时间进行计算下一次时间。
  8. public ScheduledFuture<?> scheduleWithFixedDelay(Runnable command, long initialDelay, long delay, TimeUnit unit);

实例

  1. public class MyScheduledExecutor implements Runnable {
  2. private String jobName;
  3. MyScheduledExecutor() {
  4. }
  5. MyScheduledExecutor(String jobName) {
  6. this.jobName = jobName;
  7. }
  8. @Override
  9. public void run() {
  10. System.out.println(jobName + " is running");
  11. }
  12. public static void main(String[] args) {
  13. ScheduledExecutorService service = Executors.newScheduledThreadPool(10);
  14. long initialDelay = 1;
  15. long period = 1;
  16. // 从现在开始1秒钟之后,每隔1秒钟执行一次job1
  17. service.scheduleAtFixedRate(new MyScheduledExecutor("job1"), initialDelay, period, TimeUnit.SECONDS);
  18. // 从现在开始2秒钟之后,每隔2秒钟执行一次job2
  19. service.scheduleWithFixedDelay(new MyScheduledExecutor("job2"), initialDelay, period, TimeUnit.SECONDS);
  20. }
  21. }

手动创建线程池

一般的情况下,会使用Executors来创建线程池,推荐使用ThreadPoolExecute方式,手动创建线程池,这样的处理方式可以明确线程池的运行规则,避免资源耗尽的风险。Executors会有以下弊端:

  1. newFixedThreadPoolnewSingleThreadExecutor:主要问题是堆积的请求处理队列可能会消耗非常大的内存;

  2. newCachedThreadPoolnewScheduledThreadPool:主要问题是线程最大数是Integer.MAX_VALUE,可能会创建数量非常多的线程。

推荐下面的方法来手动创建线程池:

  1. 使用 Apache commons 的org.apache.commons.lang3.concurrent.BasicThreadFactory

    1. ScheduledExecutorService executorService = new ScheduledThreadPoolExecutor(1,
    2. new BasicThreadFactory.Builder().namingPattern("example-schedule-pool-%d").daemon(true).build());
  2. 使用 Google guava 的com.google.common.util.concurrent.ThreadFactoryBuilder

    1. ThreadFactory namedThreadFactory = new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("demo-pool-%d").build();
    2. ExecutorService pool = new ThreadPoolExecutor(5, 200, 20000, TimeUnit.MILLISECONDS,
    3. new LinkedBlockingQueue<Runnable>(1024), namedThreadFactory, new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
    4. pool.execute(() -> System.out.println(Thread.currentThread().getName()));
    5. pool.shutdown();
  3. 使用 Spring

    1. <bean id="userThreadPool"
    2. class="org.springframework.scheduling.concurrent.ThreadPoolTaskExecutor">
    3. <property name="corePoolSize" value="10" />
    4. <property name="maxPoolSize" value="100" />
    5. <property name="queueCapacity" value="2000" />
    6. <property name="threadFactory" value="threadFactory" />
    7. <property name="rejectedExceptionHandler">
    8. <ref local="rejectedExceptionHandler" />
    9. </property>
    10. </bean>

    使用userThreadPool.eecute(thread)来执行任务。

本文部分内容来自:

  1. https://www.cnblogs.com/chenssy/p/3788407.html
  2. http://blog.csdn.net/zuoanyinxiang/article/details/50937434

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