面试必问！JDK 中定时器是如何实现的？
jdk中能够实现定时器功能的大致有三种方式：
- java.util.Timer
- java.util.concurrent.DelayQueue
- java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor
静下心来，咱们一一探究。
一. java.util.Timer
示例代码：
/**
* 安排指定的任务task在指定的时间firstTime开始进行重复的固定速率period执行
* 每天中午12点都执行一次
*
* @author Fooisart
* Created on 21:46 14-01-2019
*/
public class TimerDemo {
public static void main(String[] args) {
Timer timer = new Timer();
Calendar calendar = Calendar.getInstance();
calendar.set(Calendar.HOUR_OF_DAY, 12);//控制小时
calendar.set(Calendar.MINUTE, 0);//控制分钟
calendar.set(Calendar.SECOND, 0);//控制秒
Date time = calendar.getTime();//执行任务时间为12:00:00
//每天定时12:00执行操作，每隔2秒执行一次
timer.schedule(new TimerTask() {
@Override
public void run() {
System.out.println(new Date() + "执行任务。。。");
}
}, time, 1000 * 2);
}
}
Demo中使用了Timer实现了一个定时任务，该任务在每天12点开始执行，并且每隔2秒执行一次。
顺手牵羊：查看源码时，无意发现Timer中有schedule与scheduleAtFixedRate，它俩都可以到约定时间按照指定时间间隔执行。然而它俩的区别是什么呢？官方解释：一个是Fixed-delay，一个是Fixed-rate。那么这两个词到底是什么意思呢？把demo中的代码运行一遍,然后把schedule换成scheduleAtFixedRate，就全部了然了。
示例代码中较为简洁，能看出控制执行时间的方法应该是 timer.schedule()，跟进去看源码：
public void schedule(TimerTask task, Date firstTime, long period) { if (period <= 0) throw new IllegalArgumentException("Non-positive period."); sched(task, firstTime.getTime(), -period); }
- task 表示要执行的任务逻辑
- firstTime 表示第一次执行的时间
- period 表示每次间隔时间
继续跟进：
private void sched(TimerTask task, long time, long period) { //省略非重点代码 synchronized(queue) { if (!thread.newTasksMayBeScheduled) throw new IllegalStateException("Timer already cancelled."); synchronized(task.lock) { if (task.state != TimerTask.VIRGIN) throw new IllegalStateException( "Task already scheduled or cancelled"); task.nextExecutionTime = time; task.period = period; task.state = TimerTask.SCHEDULED; } queue.add(task); if (queue.getMin() == task) queue.notify(); } }
这里其实做了两个事情
- 给task设定了一些参数，类似于初始化task。这里还给它加了把锁，可以思考一下为甚要在此初始化？为何要加锁？（不是本文范畴，各位伙伴自行思考）
- 把初始化后的task加入到queue中。
读到这里，我们还是没有看到到底是如何实现定时的？别着急，继续。进入queu.add(task)
/** * Adds a new task to the priority queue. */ void add(TimerTask task) { // Grow backing store if necessary if (size + 1 == queue.length) queue = Arrays.copyOf(queue, 2*queue.length); queue[++size] = task; fixUp(size); }
这里注释提到，加入一个新任务到优先级队列中去。其实这里的TimerTask[]是一个优先级队列，使用数组存储方式。并且它的数据结构是heap。包括从fixUp()我们也能看出来，它是在保持堆属性，即堆化(heapify)。
那么能分析的都分析完了，还是没能看到定时是如何实现的？再次静下来想一想，定时任务如果想执行，首先得启动定时器。所有咱们再次关注构造方法。
Timer一共有4个构造方法，看最底层的：
public Timer(String name) { thread.setName(name); thread.start(); }
可以看到，这里在启动一个thread，那么既然是一个Thread，那肯定就得关注它的 run()方法了。进入：
public void run() { try { mainLoop(); } finally { // Someone killed this Thread, behave as if Timer cancelled synchronized(queue) { newTasksMayBeScheduled = false; queue.clear(); // Eliminate obsolete references } } }
继续进入mainLoop()：
/**
* The main timer loop. (See class comment.)
*/
private void mainLoop() {
while (true) {
try {
TimerTask task;
boolean taskFired;
synchronized(queue) {
//省略
long currentTime, executionTime；
task = queue.getMin();
synchronized(task.lock) {
if (task.state == TimerTask.CANCELLED) {
queue.removeMin();
continue; // No action required, poll queue again
}
currentTime = System.currentTimeMillis();
executionTime = task.nextExecutionTime;
if (taskFired = (executionTime<=currentTime)) {
if (task.period == 0) { // Non-repeating, remove
queue.removeMin();
task.state = TimerTask.EXECUTED;
} else { // Repeating task, reschedule
queue.rescheduleMin(
task.period<0 ? currentTime - task.period
: executionTime + task.period);
}
}
}
if (!taskFired) // Task hasn't yet fired; wait
queue.wait(executionTime - currentTime);
}
if (taskFired) // Task fired; run it, holding no locks
task.run();
} catch(InterruptedException e) {
}
}
}
从上述源码中，可以看出有两个重要的if
- if (taskFired = (executionTime<=currentTime))，表示已经到了执行时间，那么下面执行任务就好了；
- if (!taskFired)，表示未到执行时间，那么等待就好了。那么是如何等待的呢？再仔细一看，原来是调用了Object.wait(long timeout)。
到这里我们知道了，原来jdk中的定时器是这样实现的啊，等待是使用最简单的Object.wait()实现的啊！别着急，这里有个小提问：使用Therad.sleep()可以实现嘛？如果可以，为何不用呢？
java.util.concurrent.DelayQueue
比较细致地分析了java.util.Timer，DelayQueue也大同小异。整理一下心情，重新出发。
先上示例代码：
DelayQueue它本质上是一个队列，而这个队列里也只有存放Delayed的子类才有意义，所有定义了DelayTask：
public class DelayTask implements Delayed { private Date startDate = new Date(); public DelayTask(Long delayMillions) { this.startDate.setTime(new Date().getTime() + delayMillions); } @Override public int compareTo(Delayed o) { long result = this.getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS) - o.getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS); if (result < 0) { return -1; } else if (result > 0) { return 1; } else { return 0; } } @Override public long getDelay(TimeUnit unit) { Date now = new Date(); long diff = startDate.getTime() - now.getTime(); return unit.convert(diff, TimeUnit.MILLISECONDS); }} public static void main(String[] args) throws Exception { BlockingQueue<DelayTask> queue = new DelayQueue<>(); DelayTask delayTask = new DelayTask(1000 * 5L); queue.put(delayTask); while (queue.size()>0){ queue.take(); } }
看main方法，主要做了三件事：
- 构造DelayTask，其中的延迟时间是5秒
- 将任务放入队列
- 从队列中取任务
DelayQueue跟刚才的Timer.TaskQueue是比较相似的，都是优先级队列，放入元素时，都得堆化(DelayQueue.put()如果元素满了，会阻塞。自行研究)。重点看queue.take()。
public E take() throws InterruptedException { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lockInterruptibly(); try { for (;;) { E first = q.peek(); if (first == null) available.await(); else { long delay = first.getDelay(NANOSECONDS); if (delay <= 0) return q.poll(); first = null; // don't retain ref while waiting if (leader != null) available.await(); else { Thread thisThread = Thread.currentThread(); leader = thisThread; try { available.awaitNanos(delay); } finally { if (leader == thisThread) leader = null; } } } } } finally { if (leader == null && q.peek() != null) available.signal(); lock.unlock(); } }
源码中出现了三次await字眼：
- 第一次是当队列为空时，等待；
- 第二次等待是因为，发现有任务，没有到执行时间，并且有准备执行的线程(leader)。咱们得讲理吧，既然已经有人在准备执行了，咱们就得等吧。
- 第三次是真正延时的地方了，available.awaitNanos(delay),此时也没有别的线程要执行，也就是我将要执行，所有等待剩下的延迟时间即可。
这里咱们明白了，DelayQueue的等待是通过Condition.await()来实现的。请注意，这里又有一个小问题了：Object.wait()与Conditon.await()有何异同？
java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor
由于ScheduledThreadPoolExecutor涉及到的线程池（ThreadPoolExecutor）内容较多，所有就不详细分析了，也考虑到读到这里，难免有些疲倦。直接简述一下结论：在创建ScheduledThreadPoolExecutor时，线程池的工作队列使用的是DelayedWorkQueue,它的take()方法，与DelayQueue.take()方法极其相似，也有三个等待。
至此，要结束了。总结一下，jdk中实现定时器一共有两种方式：
- 使用Object.wait()
- 使用Conditon.await()
还记得文中的两个小提问嘛：
- 使用Thread.sleep()可以实现嘛？如果可以，为何不用呢？
- Object.wait()与Conditon.await()有何异同？
作者：Fooisart
来源：https://www.jianshu.com/p/e21eb60a2c41
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没错，不是机器人记得一定要等待，等待才有好东西