java 定时器性能 java定时器原理

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智能创新者 2023-06-29 19:12:16

文章标签 java 定时器性能 quartz java spring System 文章分类 Java 后端开发

个人学习笔记分享，当前能力有限，请勿贬低，菜鸟互学，大佬绕道
如有勘误，欢迎指出和讨论，本文后期也会进行修正和补充

前言

定时器顾名思义，即定时触发某个事件，分离开来，即包含三个因素：定时，触发，某个事件，本文也将以此为基础介绍五种常见的定时器

本文只做基于SpringBoot的示例，其余版本的请自行查阅资料，大同小异

1.介绍

1.1.目的

定时器的目的即为了在某个时间点，程序自身主动触发某个事件，而不需要外力去开启或者启动，以节省人力并统一管理

1.2.示例场景

管理系统，需要每日12点将前一天的数据进行备份，并生成历史数据统计
宿管系统，每日10点将所有未归人员统计出来，主动交由管理人员
硬件设备，需要每隔2分钟检查设备是否连接正常，设备异常需要更新状态到管理端，必要时通知有关人员
图书馆借书管理系统，每天12点需要检查即将超时和已超时归还的书籍，并通过短信或其他途径通知有关人员
手机下载管理系统，开启下载后每隔0.5s刷新一次下载进度，在下载完成或者长时间卡顿时告知用户
订单管理系统，用户下达订单后开需要在半小时内付款，成功付款则生成订单结果，超时未付款则自动取消订单

是不是觉得很常见？

1.3.常见实现方案

@Scheduled注解：基于注解
Timer().schedule创建任务：基于封装类Timer
线程：使用线程直接执行任务即可，可以与thread、线程池、ScheduleTask等配合使用
quartz配置定时器：基于spring的quartz框架

本文仅简述前3种，比较简单易懂，quartz会专门分离出来整理

2.@Scheduled注解

2.1.介绍：

使用注解标记需要定时执行的方法，并设置执行时间，便可使其在指定的时间执行指定方法

2.2.步骤：

使用注解@Scheduled标记目标方法，参数为执行时间
使用注解@EnableScheduling标记目标方法所在的类，或者直接标记项目启动类

2.3.注解：

注解@Scheduled为方法注解，用于标记某个方法在何时定时执行
需要配合另一个注解@EnableScheduling进行使用，该注解用于标记某个类，开启定时任务，通常标记在定时器所在的类，或者直接设置在项目启动类上

2.4.@Scheduled参数：

@Scheduled(fixedDelay = 5000)：方法执行完成后等待5秒再次执行
@Scheduled(fixedRate = 5000)：方法每隔5秒执行一次
@Scheduled(initialDelay=1000, fixedRate=5000)：延迟1秒后执行第一次，之后每隔5秒执行一次
fixedDelayString、fixedRateString、initialDelayString：与上诉三种作用一直，但参数为字符串类型，因而可以使用占位符，形如

@Scheduled(fixedDelayString = "${time.fixedDelay}")

@Scheduled(cron = "0 0,30 0,8 ? * ? ")：方法在每天的8点30分0秒执行，参数为字符串类型，那么同理也可使用占位符，cron表达式请另行查阅资料，推荐看这篇文章：https://www.jianshu.com/p/1defb0f22ed1

2.5.示例

示例1：每隔3秒执行一次

@Component
@EnableScheduling
public class ScheduleTest {

    private int count = 0;

    /**
     * 每3秒钟执行一次
     */
    @Scheduled(cron = "*/3 * * * * ?")
    public void test1() {
        System.out.println(count + "：" + (new Date()).toString());
        count++;
    }
}

java 定时器性能 java定时器原理_spring

示例2：第一次等待10秒，之后每3秒一次

@Component
@EnableScheduling
public class ScheduleTest {

    private int count = 0;

    /**
     * 第一次等待10秒，之后每3秒钟执行一次
     */
    @Scheduled(initialDelay = 10000, fixedRate = 3000)
    public void test1() {
        System.out.println(count + "：" + (new Date()).toString());
        count++;
    }

}

java 定时器性能 java定时器原理_spring_02

2.6.小结

优势：简单便捷，仅两行注解便完成了定时效果
劣势：所有参数和执行的方法必须提前写入代码里，可扩展性极低

3.Timer().schedule创建任务

3.1.样例

使用非常简单，这里先给出样例，在对照进行介绍

代码如下

package com.yezi_tool.demo_basic.test;

import org.springframework.stereotype.Component;

import java.util.Date;
import java.util.Timer;
import java.util.TimerTask;

@Component
public class TimerTest {
    private Integer count = 0;

    public TimerTest() {
        testTimer();
    }

    public void testTimer() {
        new Timer().schedule(new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    //do Something
                    System.out.println(new Date().toString() + ": " + count);
                    count++;
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, 0, 1000);
    }
}

执行结果

java 定时器性能 java定时器原理_java_03

可以看到每隔1s打印一次count并自增1

3.2.介绍

核心包括Timer和TimerTask，均为jkd自带的工具类，代码量分别为721行和162行（包括注释），都不多，有兴趣的可以直接看看源码

3.2.1.TimerTask

TimerTask实际上就是一个Runnable而已，继承Runnable并添加了几个自定义的参数和方法，没啥好介绍的，有兴趣可以看源码

3.2.2.Timer

Timer字面意思即定时器，为jkd自带的工具类，提供定时执行任务的相关功能

实际上包括三个类：

Timer：即定时器主类，负责管理所有的定时任务，每个Timer拥有一个私有的TaskQueue和TimerThread，
TaskQueue：即任务队列，Timer生产任务，然后推到TaskQueue里存放，等待处理，被处理掉的任务即被移除掉

TaskQueue实质上只有一个长度为128的数组用于存储TimerTask、一个int型变量size表示队列长度、以及对这两个数据的增删改查

TimerThread：即定时器线程，线程会共享TaskQueue里面的数据，TimerThread会对TaskQueue里的任务进行消耗

TimerThread实际上就是一个Thread线程，会不停的监听TaskQueue，如果队列里面有任务，那么就执行第一个，并将其删除（先删除再执行）

流程分析

Timer生产任务（实际上是从外部接收到任务），并将任务推到TaskQueue里面存放，并唤醒TaskQueue线程（queue.notify()）
TimerThread监听TaskQueue，若里面有任务则将其执行并移除队里，若没有任务则让队列等待（queue.wait()）

这么一看，这不就是典型的==生产者/消费者模式==，timer负责生产（实际上是接受），而TimerThread负责消费，TaskQueue作为中转仓库

构造方法

构造的时候会设置定时器线程的名字并将其启动
完整格式如下，其中两个参数均可缺省
public Timer(String name, boolean isDaemon)
name：即线程名，用于区分不同的线程，缺省的时候默认使用"Timer-" + serialNumber()生成唯一线程名
isDaemon：是否是守护线程，缺省的时候默认为否，有啥区别请自行了解，有机会的话我也会整理笔记

核心方法

核心方法有添加任务、取消任务和净化三种
添加任务有6中公用方法（实际最后使用同一种私有方法）
schedule(TimerTask task, long delay)：指定任务task，在delay毫秒延迟后执行
schedule(TimerTask task, Date time)：指定任务task，在time时间点执行一次
schedule(TimerTask task, long delay, long period)：指定任务task，延迟delay毫秒后执行第一次，并在之后每隔period毫秒执行一次
schedule(TimerTask task, Date firstTime, long period)：指定任务task，在firstTime的时候执行第一次，之后每隔period毫秒执行一次
scheduleAtFixedRate(TimerTask task, long delay, long period)：作用与schedule一致
scheduleAtFixedRate(TimerTask task, Date firstTime, long period)：作用与schedule一致
实际上最后都会使用sched(TimerTask task, long time, long period)，即指定任务task，在time执行第一次，之后每隔period毫秒执行一次
schedule使用系统时间计算下一次，即System.currentTimeMillis()+period
而scheduleAtFixedRate使用本次预计时间计算下一次，即time + period
对于耗时任务，两者区别较大，请按需求选择，瞬时任务无区别
取消任务方法：cancel()，会将任务队列清空，并堵塞线程，且不再能够接受任务（接受时报错），并不会销毁本身的实例和其内部的线程
净化方法：purge()，净化会将队列里所有被取消的任务移除，对剩余任务进行堆排序，并返回移除任务的数量

补充

如何保证第一个任务是执行时间最早的

任务队列会在每一次添加任务和删除任务时，进行堆排序矫正，净化也会对剩余任务重新堆排序

cancel的时候线程如何处理

定时器线程进行堵塞处理，并没有销毁，在执行当前任务后就不会执行下一次了，但是**线程并没有销毁**
所以尽量不要创建太多timer对象，会增加服务器负担

3.3.使用步骤

初始化Timer

Timer timer=new Timer();

初始化task

private class MyTask extends TimerTask {
        @Override
        public void run() {
            try {
                //do Something
                System.out.println(new Date().toString() + ": " + count);
                count++;
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

MyTask myTask=new MyTask();

添加任务

timer.schedule(myTask, 5000, 3000);

完整代码：

package com.yezi_tool.demo_basic.test;

import org.springframework.stereotype.Component;

import java.util.Date;
import java.util.Timer;
import java.util.TimerTask;

@Component
public class TimerTest {
    private Integer count = 0;

    public TimerTest() {
        testTimer2();
    }

    public void testTimer2() {
        Timer timer = new Timer();
        MyTask myTask = new MyTask();
        timer.schedule(myTask, 0, 1000);
    }

    private class MyTask extends TimerTask {
        @Override
        public void run() {
            try {
                //do Something
                System.out.println(new Date().toString() + ": " + count);
                count++;
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

}

当然可以缩写为样例里面的写法，更加简洁，请按照自己需求修改

4.线程

线程应该是最常见的实现方案，创建一个线程执行任务即可，举例几个不同的写法，代码如下

4.1.使用thread + runnable

package com.yezi_tool.demo_basic.test;

import org.springframework.stereotype.Component;

import java.util.Date;

@Component
public class ThreadTest {

    private Integer count = 0;

    public ThreadTest() {
        test1();
    }

    public void test1() {
        new Thread(() -> {
            while (count < 10) {
                System.out.println(new Date().toString() + ": " + count);
                count++;
                try {
                    Thread.sleep(3000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }).start();
    }
}

4.2.使用线程池 + runnable

package com.yezi_tool.demo_basic.test;

import org.springframework.stereotype.Component;

import java.util.Date;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

@Component
public class ThreadTest {

    private static final ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(5);// 线程池
    private Integer count = 0;

    public ThreadTest() {
        test2();
    }

    public void test2() {
        threadPool.execute(() -> {
            while (count < 10) {
                System.out.println(new Date().toString() + ": " + count);
                count++;
                try {
                    Thread.sleep(3000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
    }
}

4.3.使用ScheduledTask + runnable

ScheduledTask 有11种添加任务的方法，详情直接查看文件TaskScheduler.java，这里给出常用的几个示例

设置触发频率为3000毫秒

package com.yezi_tool.demo_basic.test;

import org.springframework.scheduling.TaskScheduler;
import org.springframework.stereotype.Component;

import java.util.Date;

@Component
public class ThreadTest {

    private Integer count = 0;
    private final TaskScheduler taskScheduler;

    public ThreadTest(TaskScheduler taskScheduler) {
        this.taskScheduler = taskScheduler;
        test3();
    }

    public void test3() {
        taskScheduler.scheduleAtFixedRate(() -> {
            System.out.println(new Date().toString() + ": " + count);
            count++;
        }, 3000);
    }
}

设置触发时间为每天凌晨1点

package com.yezi_tool.demo_basic.test;

import org.springframework.scheduling.TaskScheduler;
import org.springframework.scheduling.support.CronTrigger;
import org.springframework.stereotype.Component;

import java.util.Date;

@Component
public class ThreadTest {

    private Integer count = 0;
    private final TaskScheduler taskScheduler;

    public ThreadTest(TaskScheduler taskScheduler) {
        this.taskScheduler = taskScheduler;
        test4();
    }

    public void test4() {
        taskScheduler.schedule(() -> {
            System.out.println(new Date().toString() + ": " + count);
            count++;
        }, new CronTrigger("0 0 1 * * ?"));
    }
}

5.quartz

专门整理了一篇quartz的笔记，有兴趣的可以看我上一篇博客

写的并不完善，后续应该会进行修正

6.总结

@schedule使用方便快捷，但功能有限，扩展性极低，适用于不需要统一管理的简单场景
Timer可以统一管理定时任务，但自身作为一个工具类，功能较少，但是也适用于很多场景了
线程的使用同样比较方便，灵活度特别高，支持各种类型的触发时间，但毕竟没有专用的框架，功能并不算特别齐全，适用于对自由度要求较高的场景
quartz作为专门的定时器项目，功能齐全且强大，目前大部分项目仍只使用了其小部分功能，适用于要求较高的场景

7.demo地址

不同定时器启用方法在README.MD中查看，一共6种方法，如有纰漏请联系我

仅实现了部分功能作为样例，请按照需求自己扩展哦，有疑问或者建议欢迎联系我~

BB两句

其实除了@schedule，其余的都可以自定义管理器，来统一管理，并动态修改，具体咋做此处先不做赘述

quartz已经整理除了静态定时器和动态定时器，有兴趣的可以瞅瞅

作者：Echo_Ye

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