解析Java中的定時(shí)器及使用定時(shí)器制作彈彈球游戲的示例
在我們編程過程中如果需要執(zhí)行一些簡單的定時(shí)任務(wù)，無須做復(fù)雜的控制，我們可以考慮使用JDK中的Timer定時(shí)任務(wù)來實(shí)現(xiàn)。下面LZ就其原理、實(shí)例以及Timer缺陷三個(gè)方面來解析java Timer定時(shí)器。
一、簡介
在java中一個(gè)完整定時(shí)任務(wù)需要由Timer、TimerTask兩個(gè)類來配合完成。 API中是這樣定義他們的，Timer：一種工具，線程用其安排以后在后臺(tái)線程中執(zhí)行的任務(wù)。可安排任務(wù)執(zhí)行一次，或者定期重復(fù)執(zhí)行。由TimerTask：Timer 安排為一次執(zhí)行或重復(fù)執(zhí)行的任務(wù)。我們可以這樣理解Timer是一種定時(shí)器工具，用來在一個(gè)后臺(tái)線程計(jì)劃執(zhí)行指定任務(wù)，而TimerTask一個(gè)抽象類，它的子類代表一個(gè)可以被Timer計(jì)劃的任務(wù)。
Timer類
在工具類Timer中，提供了四個(gè)構(gòu)造方法，每個(gè)構(gòu)造方法都啟動(dòng)了計(jì)時(shí)器線程，同時(shí)Timer類可以保證多個(gè)線程可以共享單個(gè)Timer對(duì)象而無需進(jìn)行外部同步，所以Timer類是線程安全的。但是由于每一個(gè)Timer對(duì)象對(duì)應(yīng)的是單個(gè)后臺(tái)線程，用于順序執(zhí)行所有的計(jì)時(shí)器任務(wù)，一般情況下我們的線程任務(wù)執(zhí)行所消耗的時(shí)間應(yīng)該非常短，但是由于特殊情況導(dǎo)致某個(gè)定時(shí)器任務(wù)執(zhí)行的時(shí)間太長，那么他就會(huì)“獨(dú)占”計(jì)時(shí)器的任務(wù)執(zhí)行線程，其后的所有線程都必須等待它執(zhí)行完，這就會(huì)延遲后續(xù)任務(wù)的執(zhí)行，使這些任務(wù)堆積在一起，具體情況我們后面分析。
當(dāng)程序初始化完成Timer后，定時(shí)任務(wù)就會(huì)按照我們?cè)O(shè)定的時(shí)間去執(zhí)行，Timer提供了schedule方法，該方法有多中重載方式來適應(yīng)不同的情況，如下：
schedule(TimerTask task, Date time)：安排在指定的時(shí)間執(zhí)行指定的任務(wù)。
schedule(TimerTask task, Date firstTime, long period) ：安排指定的任務(wù)在指定的時(shí)間開始進(jìn)行重復(fù)的固定延遲執(zhí)行。
schedule(TimerTask task, long delay) ：安排在指定延遲后執(zhí)行指定的任務(wù)。
schedule(TimerTask task, long delay, long period) ：安排指定的任務(wù)從指定的延遲后開始進(jìn)行重復(fù)的固定延遲執(zhí)行。
同時(shí)也重載了scheduleAtFixedRate方法，scheduleAtFixedRate方法與schedule相同，只不過他們的側(cè)重點(diǎn)不同，區(qū)別后面分析。
scheduleAtFixedRate(TimerTask task, Date firstTime, long period)：安排指定的任務(wù)在指定的時(shí)間開始進(jìn)行重復(fù)的固定速率執(zhí)行。
scheduleAtFixedRate(TimerTask task, long delay, long period)：安排指定的任務(wù)在指定的延遲后開始進(jìn)行重復(fù)的固定速率執(zhí)行。
TimerTask
TimerTask類是一個(gè)抽象類，由Timer 安排為一次執(zhí)行或重復(fù)執(zhí)行的任務(wù)。它有一個(gè)抽象方法run()方法，該方法用于執(zhí)行相應(yīng)計(jì)時(shí)器任務(wù)要執(zhí)行的操作。因此每一個(gè)具體的任務(wù)類都必須繼承TimerTask，然后重寫run()方法。
另外它還有兩個(gè)非抽象的方法：
boolean cancel()：取消此計(jì)時(shí)器任務(wù)。
long scheduledExecutionTime()：返回此任務(wù)最近實(shí)際執(zhí)行的安排執(zhí)行時(shí)間。
二、實(shí)例
2.1、指定延遲時(shí)間執(zhí)行定時(shí)任務(wù)
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!!!!");
}
}
運(yùn)行結(jié)果：
首先打印：
timer begin....
3秒后打?。?/p>
Time's up!!!!
2.2、在指定時(shí)間執(zhí)行定時(shí)任務(wù)
public class TimerTest02 {
Timer timer;
public TimerTest02(){
Date time = getTime();
System.out.println("指定時(shí)間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("指定時(shí)間執(zhí)行線程任務(wù)...");
}
}
當(dāng)時(shí)間到達(dá)11:39:00時(shí)就會(huì)執(zhí)行該線程任務(wù)，當(dāng)然大于該時(shí)間也會(huì)執(zhí)行??！執(zhí)行結(jié)果為：
指定時(shí)間time=Tue Jun 10 11:39:00 CST 2014 指定時(shí)間執(zhí)行線程任務(wù)...
2.3、在延遲指定時(shí)間后以指定的間隔時(shí)間循環(huán)執(zhí)行定時(shí)任務(wù)
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("本次執(zhí)行該線程的時(shí)間為：" + date);
}
}
運(yùn)行結(jié)果:
本次執(zhí)行該線程的時(shí)間為：Tue Jun 10 21:19:47 CST 2014 本次執(zhí)行該線程的時(shí)間為：Tue Jun 10 21:19:49 CST 2014 本次執(zhí)行該線程的時(shí)間為：Tue Jun 10 21:19:51 CST 2014 本次執(zhí)行該線程的時(shí)間為：Tue Jun 10 21:19:53 CST 2014 本次執(zhí)行該線程的時(shí)間為：Tue Jun 10 21:19:55 CST 2014 本次執(zhí)行該線程的時(shí)間為：Tue Jun 10 21:19:57 CST 2014 .................
對(duì)于這個(gè)線程任務(wù),如果我們不將該任務(wù)停止,他會(huì)一直運(yùn)行下去。
對(duì)于上面三個(gè)實(shí)例，LZ只是簡單的演示了一下，同時(shí)也沒有講解scheduleAtFixedRate方法的例子，其實(shí)該方法與schedule方法一樣！
2.4、分析schedule和scheduleAtFixedRate
（1）schedule(TimerTask task, Date time)、schedule(TimerTask task, long delay)
對(duì)于這兩個(gè)方法而言，如果指定的計(jì)劃執(zhí)行時(shí)間scheduledExecutionTime<= systemCurrentTime，則task會(huì)被立即執(zhí)行。scheduledExecutionTime不會(huì)因?yàn)槟骋粋€(gè)task的過度執(zhí)行而改變。
（2）schedule(TimerTask task, Date firstTime, long period)、schedule(TimerTask task, long delay, long period)
這兩個(gè)方法與上面兩個(gè)就有點(diǎn)兒不同的，前面提過Timer的計(jì)時(shí)器任務(wù)會(huì)因?yàn)榍耙粋€(gè)任務(wù)執(zhí)行時(shí)間較長而延時(shí)。在這兩個(gè)方法中，每一次執(zhí)行的task的計(jì)劃時(shí)間會(huì)隨著前一個(gè)task的實(shí)際時(shí)間而發(fā)生改變，也就是scheduledExecutionTime(n+1)=realExecutionTime(n)+periodTime。也就是說如果第n個(gè)task由于某種情況導(dǎo)致這次的執(zhí)行時(shí)間過程，最后導(dǎo)致systemCurrentTime>= scheduledExecutionTime(n+1)，這是第n+1個(gè)task并不會(huì)因?yàn)榈綍r(shí)了而執(zhí)行，他會(huì)等待第n個(gè)task執(zhí)行完之后再執(zhí)行，那么這樣勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致n+2個(gè)的執(zhí)行實(shí)現(xiàn)scheduledExecutionTime放生改變即scheduledExecutionTime(n+2) = realExecutionTime(n+1)+periodTime。所以這兩個(gè)方法更加注重保存間隔時(shí)間的穩(wěn)定。
（3）scheduleAtFixedRate(TimerTask task, Date firstTime, long period)、scheduleAtFixedRate(TimerTask task, long delay, long period)
在前面也提過scheduleAtFixedRate與schedule方法的側(cè)重點(diǎn)不同，schedule方法側(cè)重保存間隔時(shí)間的穩(wěn)定，而scheduleAtFixedRate方法更加側(cè)重于保持執(zhí)行頻率的穩(wěn)定。為什么這么說，原因如下。在schedule方法中會(huì)因?yàn)榍耙粋€(gè)任務(wù)的延遲而導(dǎo)致其后面的定時(shí)任務(wù)延時(shí)，而scheduleAtFixedRate方法則不會(huì)，如果第n個(gè)task執(zhí)行時(shí)間過長導(dǎo)致systemCurrentTime>= scheduledExecutionTime(n+1)，則不會(huì)做任何等待他會(huì)立即執(zhí)行第n+1個(gè)task，所以scheduleAtFixedRate方法執(zhí)行時(shí)間的計(jì)算方法不同于schedule，而是scheduledExecutionTime(n)=firstExecuteTime +n*periodTime，該計(jì)算方法永遠(yuǎn)保持不變。所以scheduleAtFixedRate更加側(cè)重于保持執(zhí)行頻率的穩(wěn)定。
三、Timer的缺陷
3.1、Timer的缺陷
Timer計(jì)時(shí)器可以定時(shí)（指定時(shí)間執(zhí)行任務(wù)）、延遲（延遲5秒執(zhí)行任務(wù)）、周期性地執(zhí)行任務(wù)（每隔個(gè)1秒執(zhí)行任務(wù)），但是，Timer存在一些缺陷。首先Timer對(duì)調(diào)度的支持是基于絕對(duì)時(shí)間的，而不是相對(duì)時(shí)間，所以它對(duì)系統(tǒng)時(shí)間的改變非常敏感。其次Timer線程是不會(huì)捕獲異常的，如果TimerTask拋出的了未檢查異常則會(huì)導(dǎo)致Timer線程終止，同時(shí)Timer也不會(huì)重新恢復(fù)線程的執(zhí)行，他會(huì)錯(cuò)誤的認(rèn)為整個(gè)Timer線程都會(huì)取消。同時(shí)，已經(jīng)被安排單尚未執(zhí)行的TimerTask也不會(huì)再執(zhí)行了，新的任務(wù)也不能被調(diào)度。故如果TimerTask拋出未檢查的異常，Timer將會(huì)產(chǎn)生無法預(yù)料的行為。
（1）Timer管理時(shí)間延遲缺陷
前面Timer在執(zhí)行定時(shí)任務(wù)時(shí)只會(huì)創(chuàng)建一個(gè)線程任務(wù)，如果存在多個(gè)線程，若其中某個(gè)線程因?yàn)槟撤N原因而導(dǎo)致線程任務(wù)執(zhí)行時(shí)間過長，超過了兩個(gè)任務(wù)的間隔時(shí)間，會(huì)發(fā)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); //線程休眠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();
}
}
按照我們正常思路，timerTwo應(yīng)該是在3s后執(zhí)行，其結(jié)果應(yīng)該是：
timerOne invoked ,the time:1001 timerOne invoked ,the time:3001
但是事與愿違，timerOne由于sleep(4000)，休眠了4S，同時(shí)Timer內(nèi)部是一個(gè)線程，導(dǎo)致timeOne所需的時(shí)間超過了間隔時(shí)間，結(jié)果：
timerOne invoked ,the time:1000 timerOne invoked ,the time:5000
（2）Timer拋出異常缺陷
如果TimerTask拋出RuntimeException，Timer會(huì)終止所有任務(wù)的運(yùn)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("我會(huì)不會(huì)執(zhí)行呢？？");
}
}, 1000);
}
public static void main(String[] args) {
TimerTest04 test = new TimerTest04();
test.timerOne();
test.timerTwo();
}
}
運(yùn)行結(jié)果：timerOne拋出異常，導(dǎo)致timerTwo任務(wù)終止。
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)
對(duì)于Timer的缺陷，我們可以考慮 ScheduledThreadPoolExecutor 來替代。Timer是基于絕對(duì)時(shí)間的，對(duì)系統(tǒng)時(shí)間比較敏感，而ScheduledThreadPoolExecutor 則是基于相對(duì)時(shí)間；Timer是內(nèi)部是單一線程，而ScheduledThreadPoolExecutor內(nèi)部是個(gè)線程池，所以可以支持多個(gè)任務(wù)并發(fā)執(zhí)行。
3.2、用ScheduledExecutorService替代Timer
（1）解決問題一：
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();
}
}
運(yùn)行結(jié)果：
timerOne,the time:1003 timerTwo,the time:2005
（2）解決問題二
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();
}
}
運(yùn)行結(jié)果：
timerTwo invoked ..... timerTwo invoked ..... timerTwo invoked ..... timerTwo invoked ..... timerTwo invoked ..... timerTwo invoked ..... timerTwo invoked ..... timerTwo invoked ..... timerTwo invoked ..... ........................
四、使用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)彈彈球
模擬書上的一個(gè)例題做了一個(gè)彈彈球，是在畫布上的指定位置畫多個(gè)圓，經(jīng)過一段的延時(shí)后，在附近位置重新畫。使球看起來是動(dòng)，通過JSpinner組件調(diào)節(jié)延時(shí)，來控制彈彈球的移動(dòng)速度.
BallsCanvas.java
public class BallsCanvas extends Canvas implements ActionListener,
FocusListener {
private Ball balls[]; // 多個(gè)球
private Timer timer;
private static class Ball {
int x, y; // 坐標(biāo)
Color color; // 顏色
boolean up, left; // 運(yùn)動(dòng)方向
Ball(int x, int y, Color color) {
this.x = x;
this.y = y;
this.color = color;
up = left = false;
}
}
public BallsCanvas(Color colors[], int delay) { // 初始化顏色、延時(shí)
this.balls = new Ball[colors.length];
for (int i = 0, x = 40; i < colors.length; i++, x += 40) {
balls[i] = new Ball(x, x, colors[i]);
}
this.addFocusListener(this);
timer = new Timer(delay, this); // 創(chuàng)建定時(shí)器對(duì)象，delay指定延時(shí)
timer.start();
}
// 設(shè)置延時(shí)
public void setDelay(int delay) {
timer.setDelay(delay);
}
// 在canvas上面作畫
public void paint(Graphics g) {
for (int i = 0; i < balls.length; i++) {
g.setColor(balls[i].color); // 設(shè)置顏色
balls[i].x = balls[i].left ? balls[i].x - 10 : balls[i].x + 10;
if (balls[i].x < 0 || balls[i].x >= this.getWidth()) { // 到水平方向更改方向
balls[i].left = !balls[i].left;
}
balls[i].y = balls[i].up ? balls[i].y - 10 : balls[i].y + 10;
if (balls[i].y < 0 || balls[i].y >= this.getHeight()) { // 到垂直方向更改方向
balls[i].up = !balls[i].up;
}
g.fillOval(balls[i].x, balls[i].y, 20, 20); // 畫指定直徑的圓
}
}
// 定時(shí)器定時(shí)執(zhí)行事件
@Override
public void actionPerformed(ActionEvent e) {
repaint(); // 重畫
}
// 獲得焦點(diǎn)
@Override
public void focusGained(FocusEvent e) {
timer.stop(); // 定時(shí)器停止
}
// 失去焦點(diǎn)
@Override
public void focusLost(FocusEvent e) {
timer.restart(); // 定時(shí)器重啟動(dòng)
}
}
BallsJFrame.java
class BallsJFrame extends JFrame implements ChangeListener {
private BallsCanvas ball;
private JSpinner spinner;
public BallsJFrame() {
super("彈彈球");
this.setBounds(300, 200, 480, 360);
this.setDefaultCloseOperation(EXIT_ON_CLOSE);
Color colors[] = { Color.red, Color.green, Color.blue,
Color.magenta, Color.cyan };
ball = new BallsCanvas(colors, 100);
this.getContentPane().add(ball);
JPanel panel = new JPanel();
this.getContentPane().add(panel, "South");
panel.add(new JLabel("Delay"));
spinner = new JSpinner();
spinner.setValue(100);
panel.add(spinner);
spinner.addChangeListener(this);
this.setVisible(true);
}
@Override
public void stateChanged(ChangeEvent e) {
// 修改JSpinner值時(shí)，單擊JSpinner的Up或者down按鈕時(shí)，或者在JSpinner中按Enter鍵
ball.setDelay(Integer.parseInt("" + spinner.getValue()));
}
public static void main(String[] args) {
new BallsJFrame();
}
}
效果如下：
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