解析Java中的定時器及使用定時器制作彈彈球游戲的示例

2019-11-26 14:32:32

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供稿：網友

在我們編程過程中如果需要執行一些簡單的定時任務，無須做復雜的控制，我們可以考慮使用JDK中的Timer定時任務來實現。下面LZ就其原理、實例以及Timer缺陷三個方面來解析java Timer定時器。

一、簡介
      在java中一個完整定時任務需要由Timer、TimerTask兩個類來配合完成。 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線程中執行的任務。可安排任務執行一次，或者定期重復執行。由TimerTask：Timer 安排為一次執行或重復執行的任務。我們可以這樣理解Timer是一種定時器工具，用來在一個后臺線程計劃執行指定任務，而TimerTask一個抽象類，它的子類代表一個可以被Timer計劃的任務。
Timer類
      在工具類Timer中，提供了四個構造方法，每個構造方法都啟動了計時器線程，同時Timer類可以保證多個線程可以共享單個Timer對象而無需進行外部同步，所以Timer類是線程安全的。但是由于每一個Timer對象對應的是單個后臺線程，用于順序執行所有的計時器任務，一般情況下我們的線程任務執行所消耗的時間應該非常短，但是由于特殊情況導致某個定時器任務執行的時間太長，那么他就會“獨占”計時器的任務執行線程，其后的所有線程都必須等待它執行完，這就會延遲后續任務的執行，使這些任務堆積在一起，具體情況我們后面分析。
      當程序初始化完成Timer后，定時任務就會按照我們設定的時間去執行，Timer提供了schedule方法，該方法有多中重載方式來適應不同的情況，如下：
      schedule(TimerTask task, Date time)：安排在指定的時間執行指定的任務。
      schedule(TimerTask task, Date firstTime, long period) ：安排指定的任務在指定的時間開始進行重復的固定延遲執行。
      schedule(TimerTask task, long delay) ：安排在指定延遲后執行指定的任務。
      schedule(TimerTask task, long delay, long period) ：安排指定的任務從指定的延遲后開始進行重復的固定延遲執行。
      同時也重載了scheduleAtFixedRate方法，scheduleAtFixedRate方法與schedule相同，只不過他們的側重點不同，區別后面分析。
      scheduleAtFixedRate(TimerTask task, Date firstTime, long period)：安排指定的任務在指定的時間開始進行重復的固定速率執行。
      scheduleAtFixedRate(TimerTask task, long delay, long period)：安排指定的任務在指定的延遲后開始進行重復的固定速率執行。
TimerTask
      TimerTask類是一個抽象類，由Timer 安排為一次執行或重復執行的任務。它有一個抽象方法run()方法，該方法用于執行相應計時器任務要執行的操作。因此每一個具體的任務類都必須繼承TimerTask，然后重寫run()方法。
      另外它還有兩個非抽象的方法：
      boolean cancel()：取消此計時器任務。
      long scheduledExecutionTime()：返回此任務最近實際執行的安排執行時間。

二、實例
2.1、指定延遲時間執行定時任務

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!!!!");  } }

運行結果：

首先打印：

timer begin....

3秒后打印：

Time's up!!!!

2.2、在指定時間執行定時任務

public class TimerTest02 {  Timer timer;    public TimerTest02(){   Date time = getTime();   System.out.println("指定時間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("指定時間執行線程任務...");  } }

當時間到達11:39:00時就會執行該線程任務，當然大于該時間也會執行！！執行結果為：

指定時間time=Tue Jun 10 11:39:00 CST 2014 指定時間執行線程任務...

2.3、在延遲指定時間后以指定的間隔時間循環執行定時任務

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("本次執行該線程的時間為：" + date);  } }

運行結果:

本次執行該線程的時間為：Tue Jun 10 21:19:47 CST 2014 本次執行該線程的時間為：Tue Jun 10 21:19:49 CST 2014 本次執行該線程的時間為：Tue Jun 10 21:19:51 CST 2014 本次執行該線程的時間為：Tue Jun 10 21:19:53 CST 2014 本次執行該線程的時間為：Tue Jun 10 21:19:55 CST 2014 本次執行該線程的時間為：Tue Jun 10 21:19:57 CST 2014 .................

      對于這個線程任務,如果我們不將該任務停止,他會一直運行下去。
      對于上面三個實例，LZ只是簡單的演示了一下，同時也沒有講解scheduleAtFixedRate方法的例子，其實該方法與schedule方法一樣！
2.4、分析schedule和scheduleAtFixedRate
（1）schedule(TimerTask task, Date time)、schedule(TimerTask task, long delay)
      對于這兩個方法而言，如果指定的計劃執行時間scheduledExecutionTime<= systemCurrentTime，則task會被立即執行。scheduledExecutionTime不會因為某一個task的過度執行而改變。
（2）schedule(TimerTask task, Date firstTime, long period)、schedule(TimerTask task, long delay, long period)
      這兩個方法與上面兩個就有點兒不同的，前面提過Timer的計時器任務會因為前一個任務執行時間較長而延時。在這兩個方法中，每一次執行的task的計劃時間會隨著前一個task的實際時間而發生改變，也就是scheduledExecutionTime(n+1)=realExecutionTime(n)+periodTime。也就是說如果第n個task由于某種情況導致這次的執行時間過程，最后導致systemCurrentTime>= scheduledExecutionTime(n+1)，這是第n+1個task并不會因為到時了而執行，他會等待第n個task執行完之后再執行，那么這樣勢必會導致n+2個的執行實現scheduledExecutionTime放生改變即scheduledExecutionTime(n+2) = realExecutionTime(n+1)+periodTime。所以這兩個方法更加注重保存間隔時間的穩定。
（3）scheduleAtFixedRate(TimerTask task, Date firstTime, long period)、scheduleAtFixedRate(TimerTask task, long delay, long period)
      在前面也提過scheduleAtFixedRate與schedule方法的側重點不同，schedule方法側重保存間隔時間的穩定，而scheduleAtFixedRate方法更加側重于保持執行頻率的穩定。為什么這么說，原因如下。在schedule方法中會因為前一個任務的延遲而導致其后面的定時任務延時，而scheduleAtFixedRate方法則不會，如果第n個task執行時間過長導致systemCurrentTime>= scheduledExecutionTime(n+1)，則不會做任何等待他會立即執行第n+1個task，所以scheduleAtFixedRate方法執行時間的計算方法不同于schedule，而是scheduledExecutionTime(n)=firstExecuteTime +n*periodTime，該計算方法永遠保持不變。所以scheduleAtFixedRate更加側重于保持執行頻率的穩定。

三、Timer的缺陷
3.1、Timer的缺陷
Timer計時器可以定時（指定時間執行任務）、延遲（延遲5秒執行任務）、周期性地執行任務（每隔個1秒執行任務），但是，Timer存在一些缺陷。首先Timer對調度的支持是基于絕對時間的，而不是相對時間，所以它對系統時間的改變非常敏感。其次Timer線程是不會捕獲異常的，如果TimerTask拋出的了未檢查異常則會導致Timer線程終止，同時Timer也不會重新恢復線程的執行，他會錯誤的認為整個Timer線程都會取消。同時，已經被安排單尚未執行的TimerTask也不會再執行了，新的任務也不能被調度。故如果TimerTask拋出未檢查的異常，Timer將會產生無法預料的行為。
（1）Timer管理時間延遲缺陷
前面Timer在執行定時任務時只會創建一個線程任務，如果存在多個線程，若其中某個線程因為某種原因而導致線程任務執行時間過長，超過了兩個任務的間隔時間，會發生一些缺陷：

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應該是在3s后執行，其結果應該是：

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Timer內部是一個線程，導致timeOne所需的時間超過了間隔時間，結果：

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會終止所有任務的運行。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("我會不會執行呢？？");    }   }, 1000);  }    public static void main(String[] args) {   TimerTest04 test = new TimerTest04();   test.timerOne();   test.timerTwo();  } }

運行結果：timerOne拋出異常，導致timerTwo任務終止。

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)

對于Timer的缺陷，我們可以考慮 ScheduledThreadPoolExecutor 來替代。Timer是基于絕對時間的，對系統時間比較敏感，而ScheduledThreadPoolExecutor 則是基于相對時間；Timer是內部是單一線程，而ScheduledThreadPoolExecutor內部是個線程池，所以可以支持多個任務并發執行。
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();  } }

運行結果：

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();  } }

運行結果：

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

四、使用定時器實現彈彈球
模擬書上的一個例題做了一個彈彈球，是在畫布上的指定位置畫多個圓，經過一段的延時后，在附近位置重新畫。使球看起來是動，通過JSpinner組件調節延時，來控制彈彈球的移動速度.
BallsCanvas.java

public class BallsCanvas extends Canvas implements ActionListener,   FocusListener {   private Ball balls[]; // 多個球  private Timer timer;   private static class Ball {   int x, y; // 坐標   Color color; // 顏色   boolean up, left; // 運動方向    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   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); // 創建定時器對象，delay指定延時   timer.start();   }   // 設置延時  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   }  }   // 定時器定時執行事件  @Override  public void actionPerformed(ActionEvent e) {   repaint(); // 重畫  }   // 獲得焦點  @Override  public void focusGained(FocusEvent e) {   timer.stop(); // 定時器停止   }   // 失去焦點  @Override  public void focusLost(FocusEvent e) {   timer.restart(); // 定時器重啟動   } }

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，單擊JSpinner的Up或者down按鈕時，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：

201622684913936.jpg (469×345)