解析Java中的定時器及使用定時器制作彈彈球游戲的示例

更新時間：2016年02月26日 08:51:54 作者：chenssy

這篇文章主要介紹了Java中的定時器及使用定時器制作彈彈球游戲的示例,文中同時也分析了定時器timer的缺點及相關(guān)替代方案,需要的朋友可以參考下

在我們編程過程中如果需要執(zhí)行一些簡單的定時任務(wù)，無須做復(fù)雜的控制，我們可以考慮使用JDK中的Timer定時任務(wù)來實現(xiàn)。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(wù)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(zhí)行的任務(wù)?？砂才湃蝿?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是一種定時器工具，用來在一個后臺線程計劃執(zhí)行指定任務(wù)，而TimerTask一個抽象類，它的子類代表一個可以被Timer計劃的任務(wù)。
Timer類
      在工具類Timer中，提供了四個構(gòu)造方法，每個構(gòu)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(jìn)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(yīng)的是單個后臺線程，用于順序執(zhí)行所有的計時器任務(wù)，一般情況下我們的線程任務(wù)執(zhí)行所消耗的時間應(yīng)該非常短，但是由于特殊情況導(dǎo)致某個定時器任務(wù)執(zhí)行的時間太長，那么他就會“獨占”計時器的任務(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，定時任務(wù)就會按照我們設(shè)定的時間去執(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。
      同時也重載了scheduleAtFixedRate方法，scheduleAtFixedRate方法與schedule相同，只不過他們的側(cè)重點不同，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)。它有一個抽象方法run()方法，該方法用于執(zhí)行相應(yīng)計時器任務(wù)要執(zhí)行的操作。因此每一個具體的任務(wù)類都必須繼承TimerTask，然后重寫run()方法。
      另外它還有兩個非抽象的方法：
      boolean cancel()：取消此計時器任務(wù)。
      long scheduledExecutionTime()：返回此任務(wù)最近實際執(zhí)行的安排執(zhí)行時間。

二、實例
2.1、指定延遲時間執(zhí)行定時任務(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!!!!"); 
 } 
}

運行結(jié)果：

首先打印：

timer begin....

3秒后打?。?/p>

Time's up!!!!

2.2、在指定時間執(zhí)行定時任務(wù)

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(zhí)行線程任務(wù)..."); 
 } 
}

當(dāng)時間到達(dá)11:39:00時就會執(zhí)行該線程任務(wù)，當(dāng)然大于該時間也會執(zhí)行?。?zhí)行結(jié)果為：

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

2.3、在延遲指定時間后以指定的間隔時間循環(huán)執(zhí)行定時任務(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)行該線程的時間為：" + date); 
 } 
}

運行結(jié)果:

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

      對于這個線程任務(wù),如果我們不將該任務(wù)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(zhí)行時間scheduledExecutionTime<= systemCurrentTime，則task會被立即執(zhí)行。scheduledExecutionTime不會因為某一個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(wù)會因為前一個任務(wù)執(zhí)行時間較長而延時。在這兩個方法中，每一次執(zhí)行的task的計劃時間會隨著前一個task的實際時間而發(fā)生改變，也就是scheduledExecutionTime(n+1)=realExecutionTime(n)+periodTime。也就是說如果第n個task由于某種情況導(dǎo)致這次的執(zhí)行時間過程，最后導(dǎo)致systemCurrentTime>= scheduledExecutionTime(n+1)，這是第n+1個task并不會因為到時了而執(zhí)行，他會等待第n個task執(zhí)行完之后再執(zhí)行，那么這樣勢必會導(dǎo)致n+2個的執(zhí)行實現(xiàn)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(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)重點不同，schedule方法側(cè)重保存間隔時間的穩(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方法中會因為前一個任務(wù)的延遲而導(dǎo)致其后面的定時任務(wù)延時，而scheduleAtFixedRate方法則不會，如果第n個task執(zhí)行時間過長導(dǎo)致systemCurrentTime>= scheduledExecutionTime(n+1)，則不會做任何等待他會立即執(zhí)行第n+1個task，所以scheduleAtFixedRate方法執(zhí)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(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計時器可以定時（指定時間執(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1秒執(zhí)行任務(wù)），但是，Timer存在一些缺陷。首先Timer對調(diào)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(tǒng)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(dǎo)致Timer線程終止，同時Timer也不會重新恢復(fù)線程的執(zhí)行，他會錯誤的認(rèn)為整個Timer線程都會取消。同時，已經(jīng)被安排單尚未執(zhí)行的TimerTask也不會再執(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將會產(chǎn)生無法預(yù)料的行為。
（1）Timer管理時間延遲缺陷
前面Timer在執(zhí)行定時任務(wù)時只會創(chuàng)建一個線程任務(wù)，如果存在多個線程，若其中某個線程因為某種原因而導(dǎo)致線程任務(wù)執(zhí)行時間過長，超過了兩個任務(wù)的間隔時間，會發(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Timer內(nèi)部是一個線程，導(dǎo)致timeOne所需的時間超過了間隔時間，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會終止所有任務(wù)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(zhí)行呢？？"); 
   } 
  }, 1000); 
 } 
  
 public static void main(String[] args) { 
  TimerTest04 test = new TimerTest04(); 
  test.timerOne(); 
  test.timerTwo(); 
 } 
}

運行結(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(tǒng)時間比較敏感，而ScheduledThreadPoolExecutor 則是基于相對時間；Timer是內(nèi)部是單一線程，而ScheduledThreadPoolExecutor內(nèi)部是個線程池，所以可以支持多個任務(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、使用定時器實現(xiàn)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(jīng)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(diào)節(jié)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(biāo) 
  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(chuàng)建定時器對象，delay指定延時 
  timer.start(); 
 
 } 
 
 // 設(shè)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(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 
  } 
 } 
 
 // 定時器定時執(zhí)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)