JavaEE 初阶篇-深入了解定时器、工厂模式和比较器

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文章目录

1.0 定时器概述

2.0 实现定时器

2.1 实现定时器 - 定义 MyTask 任务类

2.2 实现定时器 - MyTimer 定时器类存放任务的方法

2.3 实现定时器 - MyTimer 定时器类读取任务的方法

2.4 实现定时器的完整代码

3.0 简单工厂模式概述

4.0 深入了解比较器（Comparable 与 Comparator 区别）

4.1 Comparable 接口

4.2 Comparator 接口

1.0 定时器概述

定时器（Timer）是 Java 中用于执行定时任务的工具类，可以在指定的时间点执行某个任务，也可以按照一定的时间间隔重复执行任务。定时器提供了一种简单而有效的方式来安排任务的执行。

2.0 实现定时器

2.1 实现定时器 - 定义 MyTask 任务类

定义一个任务类 MyTask ，成员变量有 Runnable 类型 runnable 变量、long 类型的 time 变量。利用构造方法获取值即可。

其中 this.time = time + System.currentTimeMillis() 换算成具体什么时间执行。

该 Task 类需要实现 Comparable 接口，重写 compareTo() 方法。是因为一旦有多个任务生成时，且将任务放入到容器中，比如说数组容器中，这就会导致需要不断的扫描数组中的任务，还有多长时间该执行了。为了解决这一弊端，直接把任务放入到优先级队列（小顶堆）中来，直接查看堆顶元素，因为堆顶元素剩余时间是最小的，如果堆顶元素还没到时间去执行任务，那么剩余的任务也一定还没到时间开始执行。最终，需要任务类 Task 需要实现内部比较器接口。

代码如下：

public class MyTask implements Comparable<MyTask>{
    public Runnable runnable;
    public long time;

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

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

}

2.2 实现定时器 - MyTimer 定时器类存放任务的方法

定义一个 MyTimer 定时器类，先要考虑的是任务需要存放在什么样的容器中，上面说到了需要用到优先级队列 PriorityQueue 数据结构。

    private final PriorityQueue<MyTask> queue = new PriorityQueue<>();

MyTimer 类中的实例方法，再来实现将任务放入到容器。直接用 queue.offer() 方法，将任务对象放进 queue 容器中即可。不过需要考虑线程安全问题，当把任务放入到队列中这一个过程中，不允许有其他线程来读取任务，因此需要加锁处理。当任务已经传进队列完毕后，唤醒其他线程开始执行读取任务这个操作。

    public void schedule(Runnable runnable,long time){

        synchronized (queue){
            MyTask myTask = new MyTask(runnable,time);
            queue.offer(myTask);
            queue.notify();
        }
    }

2.3 实现定时器 - MyTimer 定时器类读取任务的方法

在 MyTime 实例对象创建之后，就可以尝试去读取队列中的任务了，因此在构造器中创建一个线程来读取队列中的任务。

当队列中的任务为空时，需要阻塞等待 wait() 方法，释放锁，再让当前线程进入阻塞等待。直到任务进来了，等到其他线程唤醒之后，当前线程才会去竞争锁，一旦竞争到锁之后，再判断队列中是否为空，此时不为空了，再从队列中查看堆顶任务，不能直接 poll() ，虽然队列中有任务了，但是时间到了吗？此时需要进一步验证，用当前的时间跟 queue.peek() 中的任务中的时间进行比较，一旦当前任务大于 queue.peek() 中的任务时间，就可以执行 runnable.run() 方法了，当然这个方法不需要我们手动去调用，这是一个回调函数，系统会自动调用的。

还有一种情况：队列中不为空，且堆顶任务时间还没到，就需要释放锁之后继续阻塞等待 wait() 。但是这里需要死等吗？

当然不能死等，万一没有任务进来了，没有人唤醒当前线程怎么办？所以不能一直死等，可以设置时间，时间一到，就可以重新竞争获取锁。

但是对于队列为空这种情况就需要死等了，没有任务只能死等了。

还有一个要注意的地方，可以换成 sleep() 方法等待吗？答案是不可以的，因为 sleep() 方法在等待的时候，是不会释放锁的，这就会导致万一有新任务进来的时候，锁一直被当前线程占用着。用 wait() 方法，可以提前释放锁等待，不会出现新任务进来线程一直被占用着的这种情况发生。还会提前唤醒当前线程去读取堆顶任务，万一顶堆任务更新了，就可以立马执行到位了。

最后不要忘记进行线程启动。

代码如下：

    public MyTimer(){
        Thread thread = new Thread(()->{
           while (true){
               synchronized (queue){
                   if (queue.isEmpty()){
                       try {
                           queue.wait();
                       } catch (InterruptedException e) {
                           throw new RuntimeException(e);
                       }
                   }
                   MyTask myTask = queue.peek();
                   long curTime = System.currentTimeMillis();
                   if (myTask.time <= curTime){
                       //时间到了，考可以执行任务了
                       myTask.runnable.run();
                       queue.poll();
                   }else {
                       try {
                           queue.wait(myTask.time - curTime);
                       } catch (InterruptedException e) {
                           throw new RuntimeException(e);
                       }
                   }
               }
           }
        });
        thread.start();
    }

2.4 实现定时器的完整代码

代码如下：

main 方法：

定义了三个任务，分别定时为 1s 、20s 、3s

public class demo1 {
    public static void main(String[] args) {
        MyTimer myTimer = new MyTimer();
        myTimer.schedule(()->{
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--> 1s 之后输出");
        },1000);

        myTimer.schedule(()->{
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--> 20s 之后输出");
        },20000);

        myTimer.schedule(()->{
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--> 3s 之后输出");
        },3000);
    }
}

MyTask 类：

public class MyTask implements Comparable<MyTask>{
    public Runnable runnable;
    public long time;

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

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

}

MyTimer 类：

import java.util.PriorityQueue;

public class MyTimer {

    private final PriorityQueue<MyTask> queue = new PriorityQueue<>();

    public void schedule(Runnable runnable,long time){

        synchronized (queue){
            MyTask myTask = new MyTask(runnable,time);
            queue.offer(myTask);
            queue.notify();
        }
    }

    public MyTimer(){
        Thread thread = new Thread(()->{
           while (true){
               synchronized (queue){
                   if (queue.isEmpty()){
                       try {
                           queue.wait();
                       } catch (InterruptedException e) {
                           throw new RuntimeException(e);
                       }
                   }
                   MyTask myTask = queue.peek();
                   long curTime = System.currentTimeMillis();
                   if (myTask.time <= curTime){
                       //时间到了，考可以执行任务了
                       myTask.runnable.run();
                       queue.poll();
                   }else {
                       try {
                           queue.wait(myTask.time - curTime);
                       } catch (InterruptedException e) {
                           throw new RuntimeException(e);
                       }
                   }
               }
           }
        });
        thread.start();
    }
}

运行结果：

3.0 简单工厂模式概述

工厂模式可以解决当设计构造方法中，参数列表一样，但是具体实现的逻辑不一样这种情况。这就需要用到工厂模式了。因为不能对构造方法进行重载，由于参数列表是完全一样，且构造方法的名字也是不能改变的。

这就是遇到了参数列表相同，但是执行的逻辑不一样情况。

就可以通过静态方法来创建实例对象。

在工厂模式中，可以通过不同的工厂方法或者不同的工厂类来创建对象，从而实现根据不同条件返回不同的实现对象。这种方式避免了构造方法重载的限制，让代码更加灵活和可扩展。

通过一个工厂类来创建对象，客户端只需要传入对应的参数即可获得所需的对象。这种方式不符合传统意义上的工厂模式，但是仍然是一种创建对象的方式。

举个例子：

public class Factory {

    private int a;
    private int b;
    
    public void setA(int a) {
        this.a = a;
    }

    public void setB(int b) {
        this.b = b;
    }

    public static Factory abFun(int a, int b){
        Factory factory = new Factory();
        factory.setA(a);
        factory.setB(b);
        return factory;
    }

    public static Factory baFun(int a,int b){
        Factory factory = new Factory();
        factory.setA(b);
        factory.setB(a);
        return factory;
    }
    
    public void print(){
        System.out.println(a - b);
    }

}

4.0 深入了解比较器（Comparable 与 Comparator 区别）

在Java中，有两种常见的比较对象的方式。

4.1 Comparable 接口

属于内部比较器，Comparable 接口是在对象自身的类中实现的，用于指定对象之间的自然顺序。一个类实现了 Comparable 接口后，就可以通过调用 compareTo() 方法来比较对象的顺序。只能对该类的对象进行排序，不能对其他类的对象进行排序。

代码如下：

public class Person implements Comparable<Person> {
    private String name;
    private int age;

    // 其他属性和方法

    @Override
    public int compareTo(Person otherPerson) {
        return this.age - otherPerson.age;
    }
}

4.2 Comparator 接口

属于外部比较器，是一个独立的比较器，可以用于对不同类的对象进行排序，而且可以定义多种不同的排序规则。通过实现 Comparator 接口并重写 compare() 方法，可以指定不同的比较规则。

代码如下：

public class PersonComparator implements Comparator<Person> {
    @Override
    public int compare(Person p1, Person p2) {
        return p1.compareTo(p2);
    }
}
这个外部比较器就比较灵活，没有固定写死。对于在类本身实现 Comparable 接口已经固定写死的。

例如在使用 Collections.sort()方法对集合进行排序时可以传入自定义的比较器来指定排序规则。Collections.sort() 如果没有传入比较器，默认会用类本身实现的 comparable 接口中的comparaTo 方法。

// 创建一个比较器对象
Comparator<Person> personComparator = new Comparator<Person>() {
    @Override
    public int compare(Person p1, Person p2) {
        // 自定义比较规则
        return Integer.compare(p1.getAge(), p2.getAge());
    }
};

// 创建一个包含Person对象的列表
List<Person> personList = new ArrayList<>();
personList.add(new Person("Alice", 25));
personList.add(new Person("Bob", 30));
personList.add(new Person("Charlie", 20));

// 使用Collections.sort()方法并传入比较器
Collections.sort(personList, personComparator);

// 打印排序后的列表
for (Person person : personList) {
    System.out.println(person.getName() + ": " + person.getAge());
}