解析Java中的定时器及使用定时器制作弹弹球游戏的示例
在我们编程过程中如果需要执行一些简单的定时任务，无须做复杂的控制，我们可以考虑使用jdk中的timer定时任务来实现。下面lz就其原理、实例以及timer缺陷三个方面来解析java timer定时器。
一、简介
在java中一个完整定时任务需要由timer、timertask两个类来配合完成。 api中是这样定义他们的，timer：一种工具，线程用其安排以后在后台线程中执行的任务。可安排任务执行一次，或者定期重复执行。由timertask：timer 安排为一次执行或重复执行的任务。我们可以这样理解timer是一种定时器工具，用来在一个后台线程计划执行指定任务，而timertask一个抽象类，它的子类代表一个可以被timer计划的任务。
timer类
在工具类timer中，提供了四个构造方法，每个构造方法都启动了计时器线程，同时timer类可以保证多个线程可以共享单个timer对象而无需进行外部同步，所以timer类是线程安全的。但是由于每一个timer对象对应的是单个后台线程，用于顺序执行所有的计时器任务，一般情况下我们的线程任务执行所消耗的时间应该非常短，但是由于特殊情况导致某个定时器任务执行的时间太长，那么他就会“独占”计时器的任务执行线程，其后的所有线程都必须等待它执行完，这就会延迟后续任务的执行，使这些任务堆积在一起，具体情况我们后面分析。
当程序初始化完成timer后，定时任务就会按照我们设定的时间去执行，timer提供了schedule方法，该方法有多中重载方式来适应不同的情况，如下：
schedule(timertask task, date time)：安排在指定的时间执行指定的任务。
schedule(timertask task, date firsttime, long period) ：安排指定的任务在指定的时间开始进行重复的固定延迟执行。
schedule(timertask task, long delay) ：安排在指定延迟后执行指定的任务。
schedule(timertask task, long delay, long period) ：安排指定的任务从指定的延迟后开始进行重复的固定延迟执行。
同时也重载了scheduleatfixedrate方法，scheduleatfixedrate方法与schedule相同，只不过他们的侧重点不同，区别后面分析。
scheduleatfixedrate(timertask task, date firsttime, long period)：安排指定的任务在指定的时间开始进行重复的固定速率执行。
scheduleatfixedrate(timertask task, long delay, long period)：安排指定的任务在指定的延迟后开始进行重复的固定速率执行。
timertask
timertask类是一个抽象类，由timer 安排为一次执行或重复执行的任务。它有一个抽象方法run()方法，该方法用于执行相应计时器任务要执行的操作。因此每一个具体的任务类都必须继承timertask，然后重写run()方法。
另外它还有两个非抽象的方法：
boolean cancel()：取消此计时器任务。
long scheduledexecutiontime()：返回此任务最近实际执行的安排执行时间。
二、实例
2.1、指定延迟时间执行定时任务
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!!!!");
}
}
运行结果：
首先打印：
timer begin....
3秒后打印：
time's up!!!!
2.2、在指定时间执行定时任务
public class timertest02 {
timer timer;
public timertest02(){
date time = gettime();
system.out.println("指定时间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("指定时间执行线程任务...");
}
}
当时间到达11:39:00时就会执行该线程任务，当然大于该时间也会执行！！执行结果为：
指定时间time=tue jun 10 11:39:00 cst 2014 指定时间执行线程任务...
2.3、在延迟指定时间后以指定的间隔时间循环执行定时任务
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("本次执行该线程的时间为：" + date);
}
}
运行结果:
本次执行该线程的时间为：tue jun 10 21:19:47 cst 2014 本次执行该线程的时间为：tue jun 10 21:19:49 cst 2014 本次执行该线程的时间为：tue jun 10 21:19:51 cst 2014 本次执行该线程的时间为：tue jun 10 21:19:53 cst 2014 本次执行该线程的时间为：tue jun 10 21:19:55 cst 2014 本次执行该线程的时间为：tue jun 10 21:19:57 cst 2014 .................
对于这个线程任务,如果我们不将该任务停止,他会一直运行下去。
对于上面三个实例，lz只是简单的演示了一下，同时也没有讲解scheduleatfixedrate方法的例子，其实该方法与schedule方法一样！
2.4、分析schedule和scheduleatfixedrate
（1）schedule(timertask task, date time)、schedule(timertask task, long delay)
对于这两个方法而言，如果指定的计划执行时间scheduledexecutiontime<= systemcurrenttime，则task会被立即执行。scheduledexecutiontime不会因为某一个task的过度执行而改变。
（2）schedule(timertask task, date firsttime, long period)、schedule(timertask task, long delay, long period)
这两个方法与上面两个就有点儿不同的，前面提过timer的计时器任务会因为前一个任务执行时间较长而延时。在这两个方法中，每一次执行的task的计划时间会随着前一个task的实际时间而发生改变，也就是scheduledexecutiontime(n+1)=realexecutiontime(n)+periodtime。也就是说如果第n个task由于某种情况导致这次的执行时间过程，最后导致systemcurrenttime>= scheduledexecutiontime(n+1)，这是第n+1个task并不会因为到时了而执行，他会等待第n个task执行完之后再执行，那么这样势必会导致n+2个的执行实现scheduledexecutiontime放生改变即scheduledexecutiontime(n+2) = realexecutiontime(n+1)+periodtime。所以这两个方法更加注重保存间隔时间的稳定。
（3）scheduleatfixedrate(timertask task, date firsttime, long period)、scheduleatfixedrate(timertask task, long delay, long period)
在前面也提过scheduleatfixedrate与schedule方法的侧重点不同，schedule方法侧重保存间隔时间的稳定，而scheduleatfixedrate方法更加侧重于保持执行频率的稳定。为什么这么说，原因如下。在schedule方法中会因为前一个任务的延迟而导致其后面的定时任务延时，而scheduleatfixedrate方法则不会，如果第n个task执行时间过长导致systemcurrenttime>= scheduledexecutiontime(n+1)，则不会做任何等待他会立即执行第n+1个task，所以scheduleatfixedrate方法执行时间的计算方法不同于schedule，而是scheduledexecutiontime(n)=firstexecutetime +n*periodtime，该计算方法永远保持不变。所以scheduleatfixedrate更加侧重于保持执行频率的稳定。
三、timer的缺陷
3.1、timer的缺陷
timer计时器可以定时（指定时间执行任务）、延迟（延迟5秒执行任务）、周期性地执行任务（每隔个1秒执行任务），但是，timer存在一些缺陷。首先timer对调度的支持是基于绝对时间的，而不是相对时间，所以它对系统时间的改变非常敏感。其次timer线程是不会捕获异常的，如果timertask抛出的了未检查异常则会导致timer线程终止，同时timer也不会重新恢复线程的执行，他会错误的认为整个timer线程都会取消。同时，已经被安排单尚未执行的timertask也不会再执行了，新的任务也不能被调度。故如果timertask抛出未检查的异常，timer将会产生无法预料的行为。
（1）timer管理时间延迟缺陷
前面timer在执行定时任务时只会创建一个线程任务，如果存在多个线程，若其中某个线程因为某种原因而导致线程任务执行时间过长，超过了两个任务的间隔时间，会发生一些缺陷：
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); //线程休眠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();
}
}
按照我们正常思路，timertwo应该是在3s后执行，其结果应该是：
timerone invoked ,the time:1001 timerone invoked ,the time:3001
但是事与愿违，timerone由于sleep(4000)，休眠了4s，同时timer内部是一个线程，导致timeone所需的时间超过了间隔时间，结果：
timerone invoked ,the time:1000 timerone invoked ,the time:5000
（2）timer抛出异常缺陷
如果timertask抛出runtimeexception，timer会终止所有任务的运行。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("我会不会执行呢？？");
}
}, 1000);
}
public static void main(string[] args) {
timertest04 test = new timertest04();
test.timerone();
test.timertwo();
}
}
运行结果：timerone抛出异常，导致timertwo任务终止。
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)
对于timer的缺陷，我们可以考虑 scheduledthreadpoolexecutor 来替代。timer是基于绝对时间的，对系统时间比较敏感，而scheduledthreadpoolexecutor 则是基于相对时间；timer是内部是单一线程，而scheduledthreadpoolexecutor内部是个线程池，所以可以支持多个任务并发执行。
3.2、用scheduledexecutorservice替代timer
（1）解决问题一：
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();
}
}
运行结果：
timerone,the time:1003 timertwo,the time:2005
（2）解决问题二
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();
}
}
运行结果：
timertwo invoked ..... timertwo invoked ..... timertwo invoked ..... timertwo invoked ..... timertwo invoked ..... timertwo invoked ..... timertwo invoked ..... timertwo invoked ..... timertwo invoked ..... ........................
四、使用定时器实现弹弹球
模拟书上的一个例题做了一个弹弹球，是在画布上的指定位置画多个圆，经过一段的延时后，在附近位置重新画。使球看起来是动，通过jspinner组件调节延时，来控制弹弹球的移动速度.
ballscanvas.java
public class ballscanvas extends canvas implements actionlistener,
focuslistener {
private ball balls[]; // 多个球
private timer timer;
private static class ball {
int x, y; // 坐标
color color; // 颜色
boolean up, left; // 运动方向
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) { // 初始化颜色、延时
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); // 创建定时器对象，delay指定延时
timer.start();
}
// 设置延时
public void setdelay(int delay) {
timer.setdelay(delay);
}
// 在canvas上面作画
public void paint(graphics g) {
for (int i = 0; i < balls.length; i++) {
g.setcolor(balls[i].color); // 设置颜色
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); // 画指定直径的圆
}
}
// 定时器定时执行事件
@override
public void actionperformed(actionevent e) {
repaint(); // 重画
}
// 获得焦点
@override
public void focusgained(focusevent e) {
timer.stop(); // 定时器停止
}
// 失去焦点
@override
public void focuslost(focusevent e) {
timer.restart(); // 定时器重启动
}
}
ballsjframe.java
class ballsjframe extends jframe implements changelistener {
private ballscanvas ball;
private jspinner spinner;
public ballsjframe() {
super("弹弹球");
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值时，单击jspinner的up或者down按钮时，或者在jspinner中按enter键
ball.setdelay(integer.parseint("" + spinner.getvalue()));
}
public static void main(string[] args) {
new ballsjframe();
}
}
效果如下：
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