如果你使用Java语言进行开发，对于定时执行任务这样的需求，自然而然会想到使用Timer和TimerTask完成任务，我最近就使用 Timer和TimerTask完成了一个定时执行的任务，实现得没有问题，但当在TimerTaks的run()方法中使用 Thread.sleep()方式时，可能会出现奇怪的现象，好像Timer失效了，网上查了一下，倒是有人遇到了相同的问题，但是并没有找到一篇解释为什么会出现这种情况，期待有某位达人能够分析清楚这个问题。
 
遇到了这样的问题，始终让我不爽，于是看了一下Timer的源码，先将了解到的内容整理如下，接下来再看看Thread.sleep()的源码，看能否找到问题所在。
 
在Java中，与定时任务执行相关的类很少，只有Timer、TimerTask、TimerThread、TaskQueue几个，其中每个类的职责大致如下：
Timer：一个Task的调度类，和TimerTask一样，暴露给最终用户使用的类，通过schedule方法安排Task的执行计划。该类通过TaskQueue和TimerThread类完成Task的调度。
TimerTask：实现Runnable接口，表明每一个任务均为一个独立的线程。通过run()方法提供用户定制自己任务。该类有一个比较重要的成员变量nextExecutionTime ，表示下一次执行该任务的时间。以后会看到，Timer机制就是靠这个值安排Task执行的。
TimerThread：继承于Thread，是真正执行Task的类。
TaskQueue：一个存储Task的数据结构，内部由一个最小堆实现，堆的每个成员为一个TimeTask，每个Task依靠其 nextExecutionTime值进行排序，也就是说，nextExecutionTime最小的任务在队列的最前端，从而能够现实最早执行。
 
要想使用Timer，用户只需要了解Timer和TimerTask，下面现已一个最基本的Timer和TimerTask使用案例入手，来看一下Timer内部的实现原理。
 
 
  1. import java.util.Timer;  
  2.  
  3. import java.util.TimerTask;  
  4.  
  5. import org.junit.Test;  
  6.  
  7.    
  8.  
  9. class TestTimerTask extends TimerTask {  
  10.  
  11.   @Override 
  12.  
  13.   public void run() {  
  14.  
  15.     System.out.println("TestTimerTask is running......");  
  16.  
  17.   }  
  18.  
  19. }  
  20.  
  21. public class TimerTaskTest {  
  22.  
  23.   @Test 
  24.  
  25.   public void testTimerTask() {  
  26.  
  27.     Timer timer = new Timer();  
  28.  
  29.     timer.schedule(new TestTimerTask(), 0, 10);  
  30.  
  31.   }  
  32.  
  33. } 
上面的代码是一个典型的Timer&TimerTask的应用，下面先来看一下new Timer()干了什么事，其源码如下：
public Timer(String name) {
        thread.setName(name);    //thread为TimerThread实例。
        thread.start();
}
从上面的源代码可以知道，创建Timer对象的同时也启动了TimerThread线程。下面来看看TimerThread干了什么事：
 
 
 
  1. public void run() {  
  2.  
  3.         try {  
  4.  
  5.             mainLoop();                 //线程真正执行的代码在这个私有方法中  
  6.  
  7.         } finally {  
  8.  
  9.             // Someone killed this Thread, behave as if Timer cancelled  
  10.  
  11.             synchronized(queue) {  
  12.  
  13.                 newTasksMayBeScheduled = false;  
  14.  
  15.                 queue.clear();  // Eliminate obsolete references  
  16.  
  17.             }  
  18.  
  19.         }  
  20.  
  21. } 
 
接着来看看私有方法mainLoop()干了什么事：
 
 
 
  1. private void mainLoop() {  
  2.  
  3.         while (true) {  
  4.  
  5.             try {  
  6.  
  7.                 TimerTask task;  
  8.  
  9.                 boolean taskFired;       //是否已经到达Task的执行时间，如果已经到达，设置为true，否则置为false  
  10.  
  11.                 synchronized(queue) {  
  12.  
  13.                     // Wait for queue to become non-empty  
  14.  
  15.                     while (queue.isEmpty() && newTasksMayBeScheduled)  
  16.  
  17.                         queue.wait();                //由此可以看出，Timer通过wait & notify 方法安排线程之间的同步  
  18.  
  19.                     if (queue.isEmpty())  
  20.  
  21.                         break; // Queue is empty and will forever remain; die  
  22.  
  23.    
  24.  
  25.                     // Queue nonempty; look at first evt and do the right thing  
  26.  
  27.                     long currentTime, executionTime;  
  28.  
  29.                     task = queue.getMin();  
  30.  
  31.                     synchronized(task.lock) {  
  32.  
  33.                         if (task.state == TimerTask.CANCELLED) {  
  34.  
  35.                             queue.removeMin();  
  36.  
  37.                             continue;  // No action required, poll queue again  
  38.  
  39.                         }  
  40.  
  41.                         currentTime = System.currentTimeMillis();  
  42.  
  43.                         executionTime = task.nextExecutionTime;  
  44.  
  45.                         if (taskFired = (executionTime<=currentTime)) {        //Task的执行时间已到，设置taskFired为true  
  46.  
  47.                             if (task.period == 0) { // Non-repeating, remove  
  48.  
  49.                                 queue.removeMin();        //移除队列中的当前任务  
  50.  
  51.                                 task.state = TimerTask.EXECUTED;  
  52.  
  53.                             } else { // Repeating task, reschedule  
  54.  
  55.                                 queue.rescheduleMin(         //重新设置任务的下一次执行时间  
  56.  
  57.                                   task.period<0 ? currentTime   - task.period  
  58.  
  59.                                                 : executionTime + task.period);  
  60.  
  61.                             }  
  62.  
  63.                         }  
  64.  
  65.                     }  
  66.  
  67.                     if (!taskFired) // Task hasn't yet fired; wait  
  68.  
  69.                         queue.wait(executionTime - currentTime);    //还没有执行时间，通过wait等待特定时间  
  70.  
  71.                 }  
  72.  
  73.                 if (taskFired)  // Task fired; run it, holding no locks  
  74.  
  75.                     task.run();    //已经到达执行时间，执行任务  
  76.  
  77.             } catch(InterruptedException e) {  
  78.  
  79.             }  
  80.  
  81.         }  
  82.  
  83. } 
也就是说，一旦创建了Timer类的实例，就一直存在一个循环在遍历queue中的任务，如果有任务的话，就通过thread去执行该任务，否则线程通过wait()方法阻塞自己，由于没有任务在队列中，就没有必要继续thread中的循环。
 
上面提到，如果Timer的任务队列中不包含任务时，Timer中的TimerThread线程并不会执行，接着来看看为Timer添加任务后会出现怎样的情况。为Timer添加任务就是timer.schedule()干的事，schedule()方法直接调用Timer的私有方法 sched()，sched()是真正安排Task的地方，其源代码如下：
 
 
 
  1. private void sched(TimerTask task, long time, long period) {  
  2.  
  3.         if (time < 0)  
  4.  
  5.             throw new IllegalArgumentException("Illegal execution time.");  
  6.  
  7.    
  8.  
  9.         synchronized(queue) {  
  10.  
  11.             if (!thread.newTasksMayBeScheduled)  
  12.  
  13.                 throw new IllegalStateException("Timer already cancelled.");  
  14.  
  15.    
  16.  
  17.             synchronized(task.lock) {  
  18.  
  19.                 if (task.state != TimerTask.VIRGIN)             //我喜欢virgin状态，其他状态表明该Task已经被schedule过了  
  20.  
  21.                     throw new IllegalStateException(  
  22.  
  23.                         "Task already scheduled or cancelled");  
  24.  
  25.                   
  26.  
  27.                  //设置Task下一次应该执行的时间, 由System.currentTimeMillis()+/-delay得到  
  28.  
  29.                 task.nextExecutionTime = time;                 
  30.  
  31.                 task.period = period;  
  32.  
  33.                 task.state = TimerTask.SCHEDULED;  
  34.  
  35.             }  
  36.  
  37.    
  38.  
  39.             queue.add(task);            //queue为TaskQueue类的实例，添加任务到队列中  
  40.  
  41.             if (queue.getMin() == task)        //获取队列中nextExecutionTime最小的任务，如果与当前任务相同  
  42.  
  43.                 queue.notify();                         //还记得前面看到的queue.wait()方法么  
  44.  
  45.         }  
  46.  
  47. } 
不要奇怪，为什么要判断queue.getMin() == task时，才通过queue.notify()恢复执行。因为这种方式已经满足所有的唤醒要求了。
如果安排当前Task之前queue为空，显然上述判断为true，于是mainLoop()方法能够继续执行。
如果安排当前Task之前queue不为空，那么mainLoop()方法不会一直被阻塞，不需要notify方法调用。
调用该方法还有一个好处是，如果当前安排的Task的下一次执行时间比queue中其余Task的下一次执行时间都要小，通过notify方法可以提前打开queue.wait(executionTime - currentTime)方法对mainLoop()照成的阻塞，从而使得当前任务能够被优先执行，有点抢占的味道。
 
 上述分析可以看出，Java中Timer机制的实现仅仅使用了JDK中的方法，通过wait & notify机制实现，其源代码也非常简单，但可以想到的是这种实现机制会对开发者造成一种困扰，sched()方法中可以看出，对于一个重复执行的任务，Timer的实现机制是先安排Task下一次执行的时间，然后再启动Task的执行，如果Task的执行时间大于下一次执行的间隔时间，可能出现不可预期的错误。当然，了解了Timer的实现原理，修改这种实现方式也就非常简单了。