Timer定时器
通过一个后台线程（成员变量thread）来执行任务调度，每个Timer对象对应的是一个单一的后台线程，用于执行所有的定时器的任务，所以，定时器的任务应该很快完成，如果某个任务执行花费过多时间，它会长时间占用该线程，导致其他任务延迟执行以及扎堆执行。
这个类是线程安全的，多个线程可以共享给一个Timer对象，而不需要外部进行同步。
Timer
1. 成员变量
任务队列，参考TaskQueue
private final TaskQueue queue = new TaskQueue();执行任务调度的线程，参考TimerThread
private final TimerThread thread = new TimerThread(queue);这个对象可以理解为线程终结者。这个引用只是纯定义在Timer中，没有再次使用，目的就是在Timer回收之前，优先执行这个引用复写的finalize方法。方法的内容是将变量 newTasksMayBeScheduled （参考TimerThread）设定为false，同时唤醒timerthread线程。
private final Object threadReaper = new Object() {
protected void finalize() throws Throwable {
synchronized(queue) {
thread.newTasksMayBeScheduled = false;
queue.notify(); // In case queue is empty.
}
}
};2. 构造方法
所有构造函数都会启动计时器内部线程thread，有4个构造方法，比较简单没什么说的
public Timer(String name) {
thread.setName(name);
thread.start();
}
3. 核心方法
3.1 任务调度
6个schedule方法其实也没什么好说的，重点在于内部私有方法sched
1. // 延迟 delay 毫秒后执行 task 任务
public void schedule(TimerTask task, long delay) {
if (delay < 0)
throw new IllegalArgumentException("Negative delay.");
sched(task, System.currentTimeMillis()+delay, 0);
}
2. // 指定时间点 time 执行 task 任务
public void schedule(TimerTask task, Date time) {
sched(task, time.getTime(), 0);
}
3. // 延迟 delay 毫秒后，以间隔 period 为一个周期循环执行 task 任务
public void schedule(TimerTask task, long delay, long period) {
if (delay < 0)
throw new IllegalArgumentException("Negative delay.");
if (period <= 0)
throw new IllegalArgumentException("Non-positive period.");
sched(task, System.currentTimeMillis()+delay, -period);
}
4. // 指定时间点 time 开始执行 task 任务，并且以 period 为周期循环执行
public void schedule(TimerTask task, Date firstTime, long period) {
if (period <= 0)
throw new IllegalArgumentException("Non-positive period.");
sched(task, firstTime.getTime(), -period);
}
5. // 对比3的区别在于AtFixedRate（以固定频率执行），在sched方法中传参period正值，而3传的是负
// 值，正负值的区别涉及到TimerTask，参考下文
public void scheduleAtFixedRate(TimerTask task, long delay, long period) {
if (delay < 0)
throw new IllegalArgumentException("Negative delay.");
if (period <= 0)
throw new IllegalArgumentException("Non-positive period.");
sched(task, System.currentTimeMillis()+delay, period);
}
6. // 对比4的区别参考5和3
public void scheduleAtFixedRate(TimerTask task, Date firstTime,
long period) {
if (period <= 0)
throw new IllegalArgumentException("Non-positive period.");
sched(task, firstTime.getTime(), period);
}// 这个方法的主要作用是完善任务信息，并将任务添加到任务队列中
private void sched(TimerTask task, long time, long period) {
if (time < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal execution time.");
// 对period进行数值约束，防止后续用到period时出现数值溢出
if (Math.abs(period) > (Long.MAX_VALUE >> 1))
period >>= 1;
synchronized(queue) {
// 先判断任务线程thread是否还计划继续添加新任务
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");
// 设置任务task的相关信息
task.nextExecutionTime = time;
task.period = period;
// 将任务的状态表位计划中（已添加至任务队列）
task.state = TimerTask.SCHEDULED;
}
// 进行添加操作
queue.add(task);
if (queue.getMin() == task)
queue.notify();
}
}3.2 任务取消
// 取消该定时器，清空任务队列。唤醒等待线程。
public void cancel() {
synchronized(queue) {
thread.newTasksMayBeScheduled = false;
queue.clear();
queue.notify(); // In case queue was already empty.
}
}3.3 任务清除
// 源码中无调用，是提供给外部使用的一个方法
public int purge() {
int result = 0;
synchronized(queue) {
for (int i = queue.size(); i > 0; i--) {
if (queue.get(i).state == TimerTask.CANCELLED) {
queue.quickRemove(i);
result++;
}
}
if (result != 0)
queue.heapify();
}
return result;
}
快速移除任务队列中所有被取消的任务，并重新堆化队列，返回删除的任务个数。Timer中并没有定义删除子任务
的方法。而唯一可以删除的形式，就是设定子任务状态，然后调用purge()方法进行一次洗牌。这种做法和JVM GC
中标记回收有点异曲同工之处。倘若将回收的方法，公开出来，则Timer内部需要提供很健壮的任务管理机制，防
止在高并发的情况下，队列维持的堆不会出现数据错误，或性能问题（想一下如果有大量的移除操作，那么每个移
除操作都需要同步队列，然后重新堆化）。
TimerThread
1. 成员变量
字面义是“能否添加新任务”，默认为true，该字段为ture且任务队列中已经不存在任务时，我们可以优雅的结束定时器。注意，这个字段受到队列对象监视器的保护，当它被设置为false时（可能是任务取消也可能是线程被意外杀死）意味着当前Timer已经不存在实例对象，所以定时器在执行任务时，需要确保其值为true
boolean newTasksMayBeScheduled = true;任务队列
private TaskQueue queue;2. 构造方法
TimerThread(TaskQueue queue) {
this.queue = queue;
}3. 核心方法
public void run() {
try {
mainLoop();
} finally {
// 如果线程意外终止，则同样需要走取消逻辑，清空队列，并标记此timer不再允许添加任务
synchronized(queue) {
newTasksMayBeScheduled = false;
queue.clear(); // Eliminate obsolete references
}
}
}
private void mainLoop() {
while (true) {
try {
TimerTask task;
boolean taskFired;
synchronized(queue) {
// Wait for queue to become non-empty
while (queue.isEmpty() && newTasksMayBeScheduled)
queue.wait();
if (queue.isEmpty())
break; // Queue is empty and will forever remain; die
// Queue nonempty; look at first evt and do the right thing
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) {
}
}
}TaskQueue 任务队列
1. 成员变量
优先级队列，它维护了一个最小堆结构（本文不具体介绍，可以简单理解为就是父节点都小于子节点的这样一棵树。而根节点就是下次运行时间最小的任务，注意，这个队列的起始下标为1，第一个任务被放在queue[1]的位置上，与我另一篇对堆结构的分析文章中有所不同，所以在算法逻辑上虽然无区别，但细节上有细微的差别。比如节点n的左右子节点为2n和2n+1，父节点为n>>1，如果不关注算法的话也可以不用细究）
private TimerTask[] queue = new TimerTask[128];任务的实际数量
private int size = 0;2. 主要方法
2.1 添加任务
void add(TimerTask task) {
// 扩容机制
if (size + 1 == queue.length)
queue = Arrays.copyOf(queue, 2*queue.length);
// 注意，这里保证了第一个任务被添加时是放在下标1的位置上，下标0是不存放task的
queue[++size] = task;
// 确保将此任务按顺序放在合适的位置
fixUp(size);
}2.2 获取优先级最高的任务
也就是下次预期执行时间最早的，在queue中排在首位的（下标0不存放task，优先级最高的是1）
TimerTask getMin() {
return queue[1];
}2.3 重新设定下一次执行时间
void rescheduleMin(long newTime) {
queue[1].nextExecutionTime = newTime;
fixDown(1);
}2.4 调整堆结构
// 以向上调整的方式调整顺序，以维持堆结构
private void fixUp(int k) {
while (k > 1) {
// 父节点j
int j = k >> 1;
// 判断是否需要交换
if (queue[j].nextExecutionTime <= queue[k].nextExecutionTime)
break;
// 如果发生了交换，继续循环，以确保交换后以原先父节点的位置为子节点的结构也满足堆结构
TimerTask tmp = queue[j]; queue[j] = queue[k]; queue[k] = tmp;
k = j;
}
}
// 以向下调整的方式调整顺序，以维持堆结构
private void fixDown(int k) {
int j;
// 子节点j
while ((j = k << 1) <= size && j > 0) {
// 比较左右子节点，选出最小的
if (j < size &&
queue[j].nextExecutionTime > queue[j+1].nextExecutionTime)
j++; // j indexes smallest kid
// 跟父节点k进行比较，如果k较小，不需要交换，停止循环
if (queue[k].nextExecutionTime <= queue[j].nextExecutionTime)
break;
// 如果进行了交换，则需要确保交换后，以原先子节点为父节点的结构也满足堆结构，继续循环直至完全满足
TimerTask tmp = queue[j]; queue[j] = queue[k]; queue[k] = tmp;
k = j;
}
}2.5 重新堆化
// 堆化
void heapify() {
// 从最后一个父节点开始，遍历所有父节点，执行向下调整操作，以重新构建堆结构（在timer.purge中被调用，即堆中元素发生了大量删除时需要重新构建堆）
for (int i = size/2; i >= 1; i--)
fixDown(i);
}TimerTask 定时任务
public abstract class TimerTask implements Runnable {...}这个类是一个继承自接口Runnable的抽象类，需要实现类自己去补充run方法，也就是自定义任务内容。
这个类比较简单，简单介绍一下
// 用于内部保证同步逻辑的一个锁变量
final Object lock = new Object();
// 状态变量，，初始状态为virgin。只有这个状态的任务才可以添加到queue中，子任务添加后，会改变子任务
// 的状态，所以子任务不会被反复多次添加到queue中
int state = VIRGIN;
static final int VIRGIN = 0; // 初始化
static final int SCHEDULED = 1; // 任务被添加到queue中即会设置该状态
static final int EXECUTED = 2; // 被执行过，只有不反复循环的子任务会被设置该状态
static final int CANCELLED = 3; // 被取消
// 下次被执行的时间(维持最小堆的判断标准)
long nextExecutionTime;
// 周期，初始是0毫秒，即不被反复执行。注意，该值区分正负，负数表示，每执行完一次后，间隔指定时间再次
// 执行。正数，表示每次开始执行后，指定间隔再次执行，前者用的比较多。
// nextExecutionTime = task.period<0 ? currentTime - task.period : executionTime + task.period
long period = 0;
// 取消任务
public boolean cancel() {
synchronized(lock) {
boolean result = (state == SCHEDULED);
state = CANCELLED;
return result;
}
}
// 获取任务的下一次计划执行时间
public long scheduledExecutionTime() {
synchronized(lock) {
return (period < 0 ? nextExecutionTime + period
: nextExecutionTime - period);
}
}
上面两个方法在JDK源码中都没有被调用，是供外部调用的。此部分转载于https://www.cnblogs.com/jilodream/p/5887110.html
最后的最后，来谈谈Timer类的定位：
（1）前Timer时代。
Timer是jdk1.3的时候，添加进源码的。这个时候大概是2000年左右。具体java被推出，才仅仅过去5年，所以1.3的主要改进，表现在新增的大量类库上。而在此之前，想拥有一个如Timer般的定时功能，是非常麻烦的，基本都要手动去实现。
（2）后Timer时代
查看了Timer的源代码之后，我们发现Timer在使用中存在这么问题：
1、定时任务是顺序执行的，也就是说后续的任务，一定要等到前边的任务执行完毕后，才会执行，否则将会一直等待。（其实这一点说不上来好还是坏，因为有时候我们可能会希望尽管是定时任务，但是执行时是有顺序完成和开始的，是要保证先后顺序的)
2、对系统时间非常敏感，通过代码我们知道，在每次子任务被取出后（执行run前），都会计算一遍执行时间，同时在判定子任务的执行时间是否已经到来时，都是直接获取到系统时间。倘若系统时间发生了修改，而使用的计划时间仍然是使用上次修改前的时间段时，就会出现一些意想不到的结果。如计划是5秒后执行，主线程wait 5秒钟后，被唤醒，在这5秒钟内，系统时间向后推迟了1天，那么主任务，仍然会执行该子任务（其他的也都会依次迅速执行，因为时间已经过了）。而倘若向前调整一天，那么主线程判断的时间仍然是，调整时间前的时间点，所以需要再等待一天。因此会出(防盗连接：本文首发自http://www.cnblogs.com/jilodream/ )现很多人以为Timer在调整时间后，被挂起，但是查看线程状态，发现还存在的奇怪场景。
3、子任务之间存在依赖。其实子任务之间的依赖关系并不强，无非就是前边的子任务执行完后，后边的子任务才可以开始执行。但是倘若在执行某个子任务时，捕捉到了异常，那么线程会立刻结束执行，后续的子任务都不会执行了，这个问题有时会对我们造成很大的困扰。
为了解决以上种种在jdk1.5中提供了ScheduledExecutorService接口以供开发者使用。
这个接口的实现，主要是通过线程池的形式，解决了上述遇到的问题（线程池也是jdk 1.5时才推出的），很多人因此认为Timer已经过时了，我觉得完全没有必要这样认为，通过自己对比Timer的原理和ScheduledExecutorService的改进之后。我们发现很多地方Timer仍然是有自己存在的必要的，只是占用场景不如ScheduledExecutorService多罢了。关于ScheduledExecutorService的学习，此处不再罗列，有兴趣的同学可以自己学习。
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