详解 Java 定时任务

原文地址：http://wiki.jikexueyuan.com/project/java-enhancement/java-add1.html

在我们编程过程中如果需要执行一些简单的定时任务，无须做复杂的控制，我们可以考虑使用 JDK 中的 Timer 定时任务来实现。下面 LZ 就其原理、实例以及 Timer 缺陷三个方面来解析 Java Timer 定时器。

一、简介

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。

同时也重载了 scheduleAtFixedRate 方法，scheduleAtFixedRate 方法与 schedule 相同，只不过他们的侧重点不同，区别后面分析。

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

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。

二、实例

2.1、指定延迟时间执行定时任务

    public class TimerTest01 {
        Timer timer;
        public TimerTest01(int time){
            timer = new Timer();
            timer.schedule(new TimerTaskTest01(), time * 1000);
        }

        public static void main(String[] args) {
            System.out.println("timer begin....");
            new TimerTest01(3);
        }
    }

    public class TimerTaskTest01 extends TimerTask{

        public void run() {
            System.out.println("Time's up!!!!");
        }
    }

运行结果：

    首先打印：timer begin....

    3秒后打印：Time's up!!!!

2.2、在指定时间执行定时任务

    public class TimerTest02 {
        Timer timer;

        public TimerTest02(){
            Date time = getTime();
            System.out.println("指定时间time=" + time);
            timer = new Timer();
            timer.schedule(new TimerTaskTest02(), time);
        }

        public Date getTime(){
            Calendar calendar = Calendar.getInstance();
            calendar.set(Calendar.HOUR_OF_DAY, 11);
            calendar.set(Calendar.MINUTE, 39);
            calendar.set(Calendar.SECOND, 00);
            Date time = calendar.getTime();

            return time;
        }

        public static void main(String[] args) {
            new TimerTest02();
        }
    }

    public class TimerTaskTest02 extends TimerTask{

        @Override
        public void run() {
            System.out.println("指定时间执行线程任务...");
        }
    }

当时间到达 11:39:00 时就会执行该线程任务，当然大于该时间也会执行！！执行结果为：

    指定时间 time=Tue Jun 10 11:39:00 CST 2014
    指定时间执行线程任务...

2.3、在延迟指定时间后以指定的间隔时间循环执行定时任务

    public class TimerTest03 {
        Timer timer;

        public TimerTest03(){
            timer = new Timer();
            timer.schedule(new TimerTaskTest03(), 1000, 2000);
        }

        public static void main(String[] args) {
            new TimerTest03();
        }
    }

    public class TimerTaskTest03 extends TimerTask{

        @Override
        public void run() {
            Date date = new Date(this.scheduledExecutionTime());
            System.out.println("本次执行该线程的时间为：" + date);
        }
    }

运行结果:

    本次执行该线程的时间为：Tue Jun 10 21:19:47 CST 2014
    本次执行该线程的时间为：Tue Jun 10 21:19:49 CST 2014
    本次执行该线程的时间为：Tue Jun 10 21:19:51 CST 2014
    本次执行该线程的时间为：Tue Jun 10 21:19:53 CST 2014
    本次执行该线程的时间为：Tue Jun 10 21:19:55 CST 2014
    本次执行该线程的时间为：Tue Jun 10 21:19:57 CST 2014
    .................

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。

对于上面三个实例，LZ 只是简单的演示了一下，同时也没有讲解 scheduleAtFixedRate 方法的例子，其实该方法与 schedule 方法一样！

2.4、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。

三、Timer 的缺陷

3.1、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：

    public class TimerTest04 {
        private Timer timer;
        public long start;   

        public TimerTest04(){
            this.timer = new Timer();
            start = System.currentTimeMillis();
        }

        public void timerOne(){
            timer.schedule(new TimerTask() {
                public void run() {
                    System.out.println("timerOne invoked ,the time:" + (System.currentTimeMillis() - start));
                    try {
                        Thread.sleep(4000);    //线程休眠3000
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }, 1000);
        }

        public void timerTwo(){
            timer.schedule(new TimerTask() {
                public void run() {
                    System.out.println("timerOne invoked ,the time:" + (System.currentTimeMillis() - start));
                }
            }, 3000);
         }

        public static void main(String[] args) throws   Exception {
            TimerTest04 test = new TimerTest04();

            test.timerOne();
            test.timerTwo();
        }
    }

按照我们正常思路，timerTwo 应该是在 3s 后执行，其结果应该是：

    timerOne invoked ,the time:1001
    timerOne 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：

    timerOne invoked ,the time:1000
    timerOne 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：

    public class TimerTest04 {
        private Timer timer;

        public TimerTest04(){
            this.timer = new Timer();
        }

        public void timerOne(){
            timer.schedule(new TimerTask() {
                public void run() {
                    throw new RuntimeException();
                }
            }, 1000);
        }

        public void timerTwo(){
            timer.schedule(new TimerTask() {

                public void run() {
                    System.out.println("我会不会执行呢？？");
                }
            }, 1000);
        }

        public static void main(String[] args) {
            TimerTest04 test = new TimerTest04();
            test.timerOne();
            test.timerTwo();
        }
    }

运行结果：timerOne 抛出异常，导致 timerTwo 任务终止。

    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。

3.2、用 ScheduledExecutorService 替代 Timer

1、解决问题一：

    public class ScheduledExecutorTest {
        private  ScheduledExecutorService scheduExec;

        public long start;

        ScheduledExecutorTest(){
            this.scheduExec =  Executors.newScheduledThreadPool(2);  
            this.start = System.currentTimeMillis();
        }

        public void timerOne(){
            scheduExec.schedule(new Runnable() {
                public void run() {
                    System.out.println("timerOne,the time:" + (System.currentTimeMillis() - start));
                    try {
                        Thread.sleep(4000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            },1000,TimeUnit.MILLISECONDS);
        }

        public void timerTwo(){
            scheduExec.schedule(new Runnable() {
                public void run() {
                    System.out.println("timerTwo,the time:" + (System.currentTimeMillis() - start));
                }
            },2000,TimeUnit.MILLISECONDS);
        }

        public static void main(String[] args) {
            ScheduledExecutorTest test = new ScheduledExecutorTest();
            test.timerOne();
            test.timerTwo();
        }
    }

运行结果：

    timerOne,the time:1003
    timerTwo,the time:2005

2、解决问题二

    public class ScheduledExecutorTest {
        private  ScheduledExecutorService scheduExec;

        public long start;

        ScheduledExecutorTest(){
            this.scheduExec =  Executors.newScheduledThreadPool(2);  
            this.start = System.currentTimeMillis();
        }

        public void timerOne(){
            scheduExec.schedule(new Runnable() {
                public void run() {
                    throw new RuntimeException();
                }
            },1000,TimeUnit.MILLISECONDS);
        }

        public void timerTwo(){
            scheduExec.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
                public void run() {
                     System.out.println("timerTwo invoked .....");
                }
            },2000,500,TimeUnit.MILLISECONDS);
        }

        public static void main(String[] args) {
            ScheduledExecutorTest test = new ScheduledExecutorTest();
            test.timerOne();
            test.timerTwo();
        }
    }

运行结果：

    timerTwo invoked .....
    timerTwo invoked .....
    timerTwo invoked .....
    timerTwo invoked .....
    timerTwo invoked .....
    timerTwo invoked .....
    timerTwo invoked .....
    timerTwo invoked .....
    timerTwo invoked .....
    ........................