【JaveEE】——（手把手教你）用IDEA手搓一个定时器Timer

阿华代码，不是逆风，就是我疯，你们的点赞收藏是我前进最大的动力！！希望本文内容能够帮助到你！

一：什么是定时器

二：IDEA中的定时器Timer

1：实例化Timer

2：.schedule()方法

（1）分析

（2）具体实现

3：Timer内部前台线程

三：自己实现定时器

1：思路

（1）阻塞队列放任务

（2）线程扫描任务

四：代码超详细解读

五：多线程安全问题

问题一：进出元素安全问题

问题二：线程饿死问题

问题三：wait和while捆绑使用

问题四：忙等

情况①：

情况②：

一：什么是定时器

前引：定时器，顾名思义，就是我们建立一个多久时间后需要执行的任务

打个比方，现在是早上8点，我告诉闹钟2个小时后提醒我该去上课了~，到10点的时候，闹钟就执行这个任务——“提醒我去上课”

代码示例：

package thread;

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

/**
 * Created with IntelliJ IDEA.
 * Description:
 * User: Hua YY
 * Date: 2024-09-26
 * Time: 8:44
 */
public class ThreadDemon32 {
    public static void main(String[] args) {
        Timer timer = new Timer();
        timer.schedule(new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("执行任务1，时间为1秒后");
            }
        }, 1000);

        timer.schedule(new TimerTask(){
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("执行任务2，时间为2秒后");
            }
        },2000);


        timer.schedule(new TimerTask(){
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("执行任务3，时间为3秒后");
            }
        },3000);
    }
}

二：IDEA中的定时器Timer

1：实例化Timer

2：.schedule()方法

（1）分析

注意导包

（2）具体实现

3：Timer内部前台线程

从上面的运行结果不难发现，我们的main函数执行完毕了，任务也都打印出来了，但是进程还在运行，就是因为Timer内部自带有前台线程

三：自己实现定时器

1：思路

（1）阻塞队列放任务

首先需要一个阻塞队列来放所有schedule里的任务

注：这个阻塞队列一定是一个优先级队列，通过比较器来比较，delay的大小，来安排队列顺序，执行时间小的放前面，大的放后面

PriorityQueue（线程不安全，但是可以手动加锁）

PriorityBlockingQueue（线程安全，但是不太好人为控制）

（2）线程扫描任务

然后需要一个线程来扫描任务队列，负责计时，保证到时间了，任务出队列，来执行

四：代码超详细解读

（看不懂的按照步骤自己先敲一遍）（难度很大，敲完了会爽的起飞~~~）

package thread;

import java.util.Comparator;
import java.util.PriorityQueue;

/**
 * Created with IntelliJ IDEA.
 * Description:
 * User: Hua YY
 * Date: 2024-09-26
 * Time: 9:36
 */
//1：首先创建一个定时器类
class MyTimer{
    //2：需要一个线程来扫描队列（只需要指向队列中的队首元素）
    private Thread t = null;
    //3:创建一个优先级队列,思考创建完了，就得放任务进去
    //10:把任务作为泛型放进队列
    private PriorityQueue<MyTimerTask> queue = new PriorityQueue();
    //23:这里main方法中添加任务和MyTimer中出任务会引发多线程安全问题，这里我们使用锁对象来保护队列,那么在哪里加锁比较合适呢
    Object locker = new Object();
    //13：需要去写一个方法，把参数传入
    public void schedule(Runnable runnable , long delay){
        //24.5:参与到锁竞争中的schedule也需要加上锁，因为涉及到队列offer操作
        synchronized(locker){
            //14:通过MyTimerTask构造
            MyTimerTask task = new MyTimerTask(runnable , delay);
            //15:再把任务放到队列里面
            queue.offer(task);
            //26:offer后有元素了，唤醒
            locker.notify();
        }

    }

    //16:通过构造方法，让t线程扫描判断队首任务是否到达时间
    public MyTimer(){
        t = new Thread(()->{
    //17：t线程去扫描队首元素，如果时间到就删除队首元素，并执行任务，如果没到就等待
            while(true){
    //24:加锁，得加到while循环里面来，如果加到外面，当我们在main方法中newMyTimer的时候
    //就会调用构造方法加锁，然后一直while循环出不来，解不了锁，进而参与锁竞争中的schedule就解不了锁
                try{
                    synchronized(locker){
                        //17.5:如果队列为空等待
                        //27:While和notify捆绑使用，所以把if修改为while保险点，不懂的看阿华写的前面的文章哈
                        while (queue.isEmpty()){
                            //25：队列为空wait,catch异常，我们把try放到最外面
                            locker.wait();
                        }
                        //18:peek一下，获取队首元素
                        MyTimerTask task = queue.peek();
                        //19：记录下当前绝对时间
                        long curTime = System.currentTimeMillis();
                        //20:比较当前绝对时间和任务要执行的绝对时间大小
                        if(curTime >= task.getTime()){
                            //21:若大于等于，则出队列执行
                            queue.poll();
                            task.run();//此处顺序无所谓
                        }else {
                            //22:未到时间则等待
                            /*continue;*/
                            //28:省下资源
                            locker.wait(task.getTime() - System.currentTimeMillis());
                        }
                    }
                }catch (Exception e){
                    e.printStackTrace();
                }

            }
        });
        t.start();
    }




}

//4：通过MyTimerTask这个类来描述一个任务
class MyTimerTask implements Comparable<MyTimerTask>{
    //5：任务执行时间（绝对时间，ms级别的时间戳）
    private long time;
    //6:具体要执行的任务(runnable)
    private Runnable runnable;
    //20:获取一下任务执行的绝对时间
    public long getTime(){
        return time;
    }
    //7:写构造方法对成员变量初始化
    public MyTimerTask(Runnable runnable , long delay){
    //8:time(绝对时间 = 当前时间 + 设置的倒计时)
        this.time = System.currentTimeMillis() + delay ;
        this.runnable = runnable;

    }
    //9：通过一个方法来执行任务（调用runnable中的run方法）
    public void run(){
        runnable.run();
    }

    //11:实现接口，写比较器（导java.lang这个包）
    @Override
    public int compareTo(MyTimerTask o) {
        //12:返回时间小的那个任务（多试试）——至此为第一部分
        return (int)(this.time - o.time);
    }
}
public class ThreadDemon33 {
    public static void main(String[] args) {
        MyTimer timer = new MyTimer();
        timer.schedule(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("第三次测试,等待的相对时间为三秒");
            }
        },3000);
        timer.schedule(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("第一次测试,等待的相对时间为一秒");
            }
        },1000);

        timer.schedule(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("第二次测试,等待的相对时间为二秒");
            }
        },2000);
        System.out.println("hello main");
    }
}

五：多线程安全问题

问题一：进出元素安全问题

（1）添加和删除队列元素引起的线程安全问题——和while死锁

（2）解决方式

问题二：线程饿死问题

读懂上面的图之后，我们继续看哈

因为while循环执行的太快，我们刚解完锁，schedule还没拿上锁,就又被while循环里面给锁上了

所以我们引入wait，那么进而就得有notify，那么谁等待谁通知呢——队列为空wait，队列offer了就notify

问题三：wait和while捆绑使用

if改为while

问题四：忙等

当前执行时间还没到，即进入else语句中，如果里面是continue，则会跳出语句，重新循环，此过程非常的快，非常占用cpu的资源，然而还没什么卵用，cpu这就是“瞎忙活”——简称“忙等”

我们要做的就是在等待过程中，想办法释放cpu资源

这里用sleep不合适

用wait（）带有超时时间的版本

情况①：

在wait期间，如果有新的任务添加进来，那我们的schedule就会唤醒wait，然后wait重新计算需要等待的时间

情况②：

在wait期间，没有新的任务天剑进来，那wait就会一直等待到，任务需要执行的绝对时间（这就是带有超时时间的版本的好处）自己唤醒自己

六：无注释版本全代码

package thread;

import java.util.PriorityQueue;
class MyTimer {//计时器中的线程负责扫描队列任务
    private Thread t = null;
    public Object locker = new Object();

    private PriorityQueue<MyTimerTask> queue = new PriorityQueue<>();
    public void schedule(Runnable runnable , long delay){
       synchronized(locker){
           MyTimerTask task = new MyTimerTask(runnable , delay);
           queue.offer(task);
           locker.notify();
       }
    }
    public MyTimer(){//t线程去扫描队列，判断是否要执行任务
        t = new Thread(()->{
            while (true){
                try{
                    synchronized(locker){
                        while(queue.isEmpty()){
                            locker.wait();
                        }

                        //不为null拿到队首元素
                        MyTimerTask task = queue.peek();
                        if (System.currentTimeMillis() >= task.getTime()  ){
                            queue.poll();
                            task.run();
                        }else {
                            locker.wait(task.getTime()-System.currentTimeMillis());
                        }
                    }

                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }


        });
        t.start();
    }


}

class MyTimerTask implements Comparable<MyTimerTask>{//描述一个任务，并把这个任务扔到队列里面去
    private long time;//绝对时间
    private Runnable runnable;
    public long getTime(){
        return time;
    }
    public  MyTimerTask(Runnable runnable , long delay){
        this.time = System.currentTimeMillis() + delay;
        this.runnable = runnable;
    }
    public void run(){
        runnable.run();
    }
    @Override
    public int compareTo(MyTimerTask o) {
        return (int)(this.time - o.time);
    }
}
public class ThreadDemon33_2 {
    public static void main(String[] args) {
        MyTimer timer = new MyTimer();
        timer.schedule(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("任务一1s");
            }
        },1000);

        timer.schedule(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("任务二2秒");
            }
        },2000);
        System.out.println("main函数");



    }

}