1.定时器

1.1 含义

??在Java中，定时器（Timer）是一个工具类，用于安排任务（Task）在指定时间后执行或以指定的时间间隔重复执行。它可以用于执行定时任务、定时调度和时间延迟等操作。

定时器（Timer）可以应用于许多场景，比如：

1. 调度任务：当你需要按照预定时间执行任务时，可以使用定时器。例如，每天凌晨执行数据备份、定时生成报表、定时发送通知等。
2. 超时处理：当你需要处理某个操作的超时情况时，可以使用定时器。例如，设置一个操作的超时时间，如果在规定时间内未完成，则执行相应的超时处理逻辑。

1.2 标准库中的定时器

??Java中的定时器：java.util.Timer，它的常用方法：

java复制代码public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        
        Timer timer = new Timer();
        //调度指定的任务在指定的延迟时间（3000ms）后执行。
        timer.schedule(new TimerTask() {
            //待执行的任务
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("hello");
            }
        },3000);
        
    }
}

也可以一次注册多个任务：

java复制代码public class Main {
    public static void main(String[] args) {

        Timer timer = new Timer();
        //在指定的延迟时间（1000ms）后执行。
        timer.schedule(new TimerTask() {
            //待执行的任务
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("任务1");
            }
        },1000);

        //在指定的延迟时间（2000ms）后执行。
        timer.schedule(new TimerTask() {
            //待执行的任务
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("任务2");
            }
        },2000);

        //在指定的延迟时间（3000ms）后执行。
        timer.schedule(new TimerTask() {
            //待执行的任务
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("任务3");
            }
        },3000);
    }
}

2.简单模拟实现定时器

2.1 实现思路

1. 使用一个数据结构来保存所有的任务，这些任务是根据时间的大小来进行先后执行的，所以这里使用优先级队列。由于这里是多线程的环境，所以这里采用PriorityBlockingQueue(优先级阻塞队列)，时间越小优先级越高。
2. 我们需要使用一个线程来扫描定时器里面的任务是否到达执行时间，由于我们采用的是优先级队列数据结构，所以只需扫描队首元素。如果队首还没到执行时间，那么后面的元素不可能到达执行时间。
3. 任务用一个类MyTask来表示，这里需要实现Comparable接口，因为它需要存入优先级队列。其中的属性：

java复制代码//表示定时器中的任务
class MyTask implements Comparable<MyTask>{
    //要执行的任务内容
    private Runnable runnable;

    //延迟时间
    private long time;

    public MyTask(Runnable runnable, long time) {
        this.runnable = runnable;
        this.time = time;
    }


    //为了便于后面的比较，需要提供 get 方法
    public long getTime() {
        return time;
    }

    //表示任务开始执行
    public void run(){
        this.runnable.run();
    }
    
    @Override
    public int compareTo(MyTask o) {
        return (int)(this.getTime() - o.getTime());
    }
}

4. 实现添加任务的方法schedule：

java复制代码public class MyTimer {

    //扫描线程
    private Thread thread;

    //优先级队列(这里为阻塞队列)
    private PriorityBlockingQueue<MyTask> queue = new PriorityBlockingQueue<>();
    /**
     * 这个方法是用来注册（添加）任务的
     * @param runnable 表示待执行的任务
     * @param after 表示多少时间过后执行任务
     */
    public void schedule(Runnable runnable,long after){
        //添加任务，注意这里的时间是 System.currentTimeMillis() + after
        MyTask task = new MyTask(runnable,System.currentTimeMillis() + after);
        queue.put(task);
    }
}

5. 添加一个线程来检测队首元素：

java复制代码    //当创建对象的时候就直接开启一个线程
	public MyTimer(){
        thread = new Thread(()->{
           while(true){
               //取出队首，如果到时间了就执行。
               try {
                   MyTask myTask = queue.take();
                   long curTime = System.currentTimeMillis();
                   if(curTime < myTask.getTime()){
                       //时间未到，不执行
                       queue.put(myTask);
                   }else {
                       //时间已到，执行
                       myTask.run();
                   }
               } catch (InterruptedException e) {
                   e.printStackTrace();
               }
           }
        });
        thread.start();
    }

??就这样就完了吗？其实不然，在上面代码中while (true)转的太快了, 造成了无意义的 CPU 浪费，如果第一个任务设定的是 1 min 之后执行某个逻辑，那么在这一分钟内 CPU 会一直存取队首元素。所以这里需要借助该对象的wait / notify来解决 while (true) 的忙等问题。

java复制代码    public MyTimer(){
        thread = new Thread(()->{
           while(true){
               //取出队首，如果到时间了就执行。
               try {
                   MyTask myTask = queue.take();
                   long curTime = System.currentTimeMillis();
                   if(curTime < myTask.getTime()){
                       queue.put(myTask);
                       //时间未到，不执行，这里的 this 表示 MyTimer 对象
                       synchronized (this){
                           //阻塞一段时间
                           this.wait(myTask.getTime() - curTime);
                       }
                   }else {
                       //时间已到，执行
                       myTask.run();
                   }
               } catch (InterruptedException e) {
                   e.printStackTrace();
               }
           }
        });
        thread.start();
    }


    /**
     * 这个方法是用来注册（添加）任务的
     * @param runnable 表示待执行的任务
     * @param after 表示多少时间过后执行任务
     */
    public void schedule(Runnable runnable,long after){
        //添加任务，注意这里的时间是 System.currentTimeMillis() + after
        MyTask task = new MyTask(runnable,System.currentTimeMillis() + after);
        queue.put(task);
        synchronized(this){
            this.notify();
        }
    }

??修改 Timer 的 schedule 方法，每次有新任务到来的时候唤醒一下线程。(因为新插入的任务可能是需要马上执行的)。

??还没结束！上面的代码还是有缺陷的。假设当 thread 线程执行完 queue.take() 过后，myTask.getTime() - curTime 的值为 1 个小时。这时 CPU 调度了其它线程（假设为 t2） 执行， t2 线程调用 schedule 方法，延时时间为 30 分钟，并调用 put 方法，随后再执行 notify 方法。然而这时 wait 方法还没有执行，notify 相当于失效了。这时CPU再调度 thread 线程执行，但是 myTask.getTime() - curTime 的值本应是 30 分钟（新添加了一个任务），但是实际上却是 1 个小时。 ??这是因为queue.take()与wait不是原子操作，所以才导致这个问题的发生，下面是改进后的代码。

java复制代码    public MyTimer(){
        thread = new Thread(()->{
           while(true){
               //取出队首，如果到时间了就执行。
               try {
                   synchronized (this){
                       MyTask myTask = queue.take();
                       long curTime = System.currentTimeMillis();
                       if(curTime < myTask.getTime()){
                           queue.put(myTask);
                           //时间未到，不执行
                           //阻塞一段时间
                           this.wait(myTask.getTime() - curTime);
                       }else {
                           //时间已到，执行
                           myTask.run();
                       }                       
                   }
               } catch (InterruptedException e) {
                   e.printStackTrace();
               }
           }
        });
        thread.start();
    }

2.2 完整代码

java复制代码//表示定时器中的任务
class MyTask implements Comparable<MyTask>{
    //要执行的任务内容
    private Runnable runnable;

    //延迟时间
    private long time;

    public MyTask(Runnable runnable, long time) {
        this.runnable = runnable;
        this.time = time;
    }


    //为了便于后面的比较，需要提供 get 方法
    public long getTime() {
        return time;
    }

    //表示任务开始执行
    public void run(){
        this.runnable.run();
    }

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

public class MyTimer {

    //扫描线程
    private Thread thread;

    //优先级队列
    private PriorityBlockingQueue<MyTask> queue = new PriorityBlockingQueue<>();

    public MyTimer(){
        thread = new Thread(()->{
           while(true){
               //取出队首，如果到时间了就执行。
               try {
                   synchronized (this){
                       MyTask myTask = queue.take();
                       long curTime = System.currentTimeMillis();
                       if(curTime < myTask.getTime()){
                           queue.put(myTask);
                           //时间未到，不执行
                           //阻塞一段时间
                           this.wait(myTask.getTime() - curTime);
                       }else {
                           //时间已到，执行
                           myTask.run();
                       }
                   }
               } catch (InterruptedException e) {
                   e.printStackTrace();
               }
           }
        });
        thread.start();
    }


    /**
     * 这个方法是用来注册（添加）任务的
     * @param runnable 表示待执行的任务
     * @param after 表示多少时间过后执行任务
     */
    public void schedule(Runnable runnable,long after){
        //添加任务，注意这里的时间是 System.currentTimeMillis() + after
        MyTask task = new MyTask(runnable,System.currentTimeMillis() + after);
        queue.put(task);
        synchronized(this){
            this.notify();
        }
    }
}