【Java EE初阶八】多线程案例（计时器模型）-编程知识

1. java标准库的计时器

1.1 关于计时器

计时器类似闹钟，有定时的功能，其主要是到时间就会执行某一操作，即可以指定时间，去执行某一逻辑（某一代码）。

1.2 计时器的简单介绍

在java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），代码如下所示：

package thread;import java.util.Timer;
import java.util.TimerTask;public class ThreadDemo30 {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Timer timer = new Timer();timer.schedule(new TimerTask() {@Overridepublic void run() {// 时间到了之后, 要执行的代码System.out.println("hello timer 3000");}}, 3000);timer.schedule(new TimerTask() {@Overridepublic void run() {System.out.println("hello timer 2000");}}, 2000);timer.schedule(new TimerTask() {@Overridepublic void run() {System.out.println("hello timer 1000");}}, 1000);System.out.println("hello main");Thread.sleep(5000);timer.cancel();}
}

结果如下图所示：

代码分析：

如上图所示，先打印 hello main ，等过了1s才打印 hello 1000，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。

为什么这里可以看到idea里显示线程结束，因为timer类里面有cancel方法，可以结束线程，我们把cancel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。

注意：timer类里面内置的是前台线程，会阻止线程提前结束。

2. 模拟实现一个计时器

2.1 设计思路

1、计数器中要存放任务的数据结构
        首先，计时器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靠前的那一操作呢？

        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，找出最靠前的时间，但是如果我们要定时很多任务，都需要先找到时间靠前的任务，这就不合理了；从数组里面找出这个时间最靠前的任务数据，一方面要考虑资源花销大的问题，还有要考虑时间的问题，找任务的时间太长，错过了已经到时要执行的任务，如上所述说明使用数组存放任务是不合理的。

所以就引入了优先级队列，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，否则会引起死锁问题。

2、存放优先级队列中的任务类型：

我们自定义为任务类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规则是按任务类设定的执行时间先后（即时间的大小）来比较的。

3、计数器类MyTimer
我们设计一个线程，放在MyTimer类的构造方法中，这个线程就是扫描线程，我们使用该扫描线程来完成判断和操作，主要是入队列或者判断啥时候才执行要执行的代码的操作；同时创建任务schedule的方法里面也包含有入队列的操作。

2.2 代码实现

1、MyTimer类：

// 通过这个类, 来表示一个定时器
class MyTimer {// 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<>();// 搞个锁对象, 此处使用 this 也可以.private Object locker = new Object();public void schedule(Runnable runnable, long delay) {synchronized (locker) {MyTimerTask task = new MyTimerTask(runnable, delay);queue.offer(task);// 添加新的元素之后, 就可以唤醒扫描线程的 wait 了.locker.notify();}}public void cancel() {// 结束 t 线程即可// interrupt}// 构造方法. 创建扫描线程, 让扫描线程来完成判定和执行.public MyTimer() {t = new Thread(() -> {// 扫描线程就需要循环的反复的扫描队首元素, 然后判定队首元素是不是时间到了.// 如果时间没到, 啥都不干// 如果时间到了, 就执行这个任务并且把这个任务从队列中删除掉.while (true) {try {synchronized (locker) {while (queue.isEmpty()) {// 暂时先不处理locker.wait();}MyTimerTask task = queue.peek();// 获取到当前时间long curTime = System.currentTimeMillis();if (curTime >= task.getTime()) {// 当前时间已经达到了任务时间, 就可以执行任务了.queue.poll();task.run();} else {// 当前时间还没到, 暂时先不执行// 不能使用 sleep. 会错过新的任务, 也无法释放锁.// Thread.sleep(task.getTime() - curTime);locker.wait(task.getTime() - curTime);}}} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}});// 要记得 start !!!!t.start();}
}

里面的核心模块：

1、schedule方法，该方法的创建任务，里面包含了要执行的代码和执行代码的时间， 2、构造方法，里面有一个线程，该线程就是不断去判断队列有没有任务，如果有任务的话，就去找最先执行的任务，等到该任务执行时间就执行扫描到的该任务，如果没到达执行时间的话就要等。

2、MyTimerTask任务类：

// 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这个任务.// 此处约定这个 time 是一个 ms 级别的时间戳.private long time;// 实际任务要执行的代码.private Runnable runnable;public long getTime() {return time;}// delay 期望是一个 "相对时间"public MyTimerTask(Runnable runnable, long delay) {this.runnable = runnable;// 计算一下真正要执行任务的绝对时间. (使用绝对时间, 方便判定任务是否到达时间的)this.time = System.currentTimeMillis() + delay;}public void run() {runnable.run();}@Overridepublic int compareTo(MyTimerTask o) {return (int) (this.time - o.time);// return (int) (o.time - this.time);}
}

该任务类里面放的是要执行的任务，和任务执行的延迟时间时间，因为任务要放进优先级队列里，所以要构造一个比较器，用时间参数来进行比较，并且重写compareTo方法，将比较规则具体化。

2.3 计时器的线程安全

1、维护队列进出的操作---加锁

不创建其他线程，如果只有一个主线程去调用MyTimer类的话，此时就会有主线程main和 t 线程，这时候，存在线程不安全问题的主线程的代码如下所示：

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

关于主线程main与t线程存在的线程安全图解如下：