Java定时任务Timer调度器【三】 注意事项（任务精确性与内存泄漏）

1、任务精确性

经过前两节的分析，大概知道了Timer的运行原理，下面说说使用Timer须要注意的一些事项。下面是Timer简单原理图

从上图能够看到，真正运行闹钟的是一个单线程。也就是说队列中的闹钟，只能依次进行串行化的操做，闹钟的定时执行得不到保证。

好比下面的例子（本节全部代码只列出关键部分，下同）

public class ScheduleDemo {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Timer timer = new Timer();
        timer.schedule(new AlarmTask("闹钟"),1000,2000);
    }

    static class AlarmTask extends TimerTask {
        public void run() {
            log.info(new Date() +" 嘀。。。");
            Thread.sleep(10_000); //模拟闹钟执行时间
        }
    }
}

从下面的运行结果能够看到，预期2秒之后运行的闹钟，推迟到了10秒之后。

Fri Nov 16 14:49:39 CST 2018 嘀。。。
Fri Nov 16 14:49:49 CST 2018 嘀。。。

下面是闹钟运行的时序图

解决方法

针对上面的状况，用户可在AlarmTask.run()里面再开一个异步线程，让TimerThread及时返回，执行队列中后续的闹钟。

public class ScheduleDemo {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Timer timer = new Timer();
        timer.schedule(new AlarmTask("闹钟"),1000,2000);
    }

    static class AlarmTask extends TimerTask{
        static ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();
        
        public void run() {
             // 创建线程池，提升线程的复用，避免线程建立与上下文切换所带来的开销
            threadPool.execute(new Runnable() {
                public void run() {
                    log.info(new Date()+" 嘀。。。");
                    Thread.sleep(10_000); //模拟闹钟执行时间
                }
            });
        }
    }
}

从下面的运行结果能够看到，全部的闹钟执行间隔符合预期的2秒。

Fri Nov 16 15:37:59 CST 2018 嘀。。。
Fri Nov 16 15:38:01 CST 2018 嘀。。。
Fri Nov 16 15:38:03 CST 2018 嘀。。。
Fri Nov 16 15:38:05 CST 2018 嘀。。。
Fri Nov 16 15:38:07 CST 2018 嘀。。。
Fri Nov 16 15:38:09 CST 2018 嘀。。。

下面是异步执行的时序图

经过异步执行任务的方式虽然保证了执行时间的准确性，但也会出现如下问题：

1. 操做系统通常对线程总量加以限制，好比linux下的/proc/sys/kernel/threads-max。当系统并发量很高的时候，开异步会影响其余应用的线程使用。

2. 若是当前系统运行着计算密度型应用，在CPU使用率很高的状况下将会出现排队现象。

3. JVM会给每个线程分配栈内存，若是Timer分配的任务过多，将很快出现内存溢出的状况。

2、内存泄漏

第二个须要注意的问题是，当用户取消了一个任务之后，失效的任务依然会占据着queue队列，形成内存泄漏，下面是取消任务的源码。

public abstract class TimerTask implements Runnable {

    final Object lock = new Object();
    int state = VIRGIN;
    static final int CANCELLED   = 3;

    public boolean cancel() {
        synchronized(lock) {
            boolean result = (state == SCHEDULED);
            state = CANCELLED;
            return result;
        }
    }

能够看到TimerTask.cancel()仅仅只是修改task的状态值，并无及时清理失效的任务。纵观整个Timer源码，惟一进行自我清理是在TimerThread中维护的（前提是当前失效的任务优先级最高）。

class TimerThread extends Thread {
   
    private TaskQueue queue;

    public void run() {
        mainLoop();
    }

    private void mainLoop() {
        while (true) {
              synchronized(queue) {
                  task = queue.getMin();
                  synchronized(task.lock) {
                      if (task.state == TimerTask.CANCELLED) {
                          // 整个Timer中惟一维护自我清理的地方
                          queue.removeMin();
                          continue;  
                      }
                    }
              }
        }
    }
}

下面列举一个内存泄漏的例子。

public class ScheduleDemo {
    
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Timer timer = new Timer();
        int i = 0;
        timer.schedule(new AlarmTask("闹钟"+i++),100,100);
        while(true){
            TimerTask alarm = new AlarmTask("闹钟"+i);
            timer.schedule(alarm,100,10_0000);
            alarm.cancel();
            Thread.yield();
            log.info("已取消闹钟"+i++);
        }
    }

    static class AlarmTask extends TimerTask{
        String name ;
        byte[] bytes = new byte[10*1024*1024]; //模拟业务数据
        public AlarmTask(String name){
            this.name=name;
        }
        @Override
        public void run() {
            log.info("["+name+"]嘀。。。");
        }
    }
}

为了快速暴露问题，特地增长了闹钟实例的大小；同时限制了jvm的堆内存分配

-Xmx100M -Xms100M

运行结果以下

已取消闹钟1
已取消闹钟2
已取消闹钟3
已取消闹钟4
已取消闹钟5
已取消闹钟6
已取消闹钟7
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
	at com.haanoo.schedule.ScheduleDemo$AlarmTask.<init>(ScheduleDemo.java:25)
	at com.haanoo.schedule.ScheduleDemo.main(ScheduleDemo.java:15)
[闹钟0]嘀。。。
[闹钟0]嘀。。。

从运行的结果看出，失效闹钟没有被及时清理，且很快形成了OOM（主线程因OOM异常退出，而TimerThread线程不受影响）。

有人会想：会不会GC没有运行，或来不及运行而致使OOM？下面看一下GC日志，同时dump一下OOM时的堆内存，方便后面MAT分析

-XX:+PrintGC -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 
-XX:HeapDumpPath=d:/timer.dump

下面是运行结果

已取消闹钟1
[GC (Allocation Failure)  24103K->21319K(98304K), 0.0187832 secs]
已取消闹钟2
已取消闹钟3
[GC (Allocation Failure)  42289K->41792K(98304K), 0.0081251 secs]
已取消闹钟4
已取消闹钟5
[GC (Allocation Failure)  63024K->62160K(98304K), 0.0079021 secs]
[Full GC (Ergonomics)  62160K->62038K(98304K), 0.0261820 secs]
已取消闹钟6
已取消闹钟7
[Full GC (Ergonomics)  83014K->82518K(98304K), 0.0083257 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  82518K->82503K(98304K), 0.0088677 secs]
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Dumping heap to d:/timer.dump ...
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
	at com.haanoo.schedule.ScheduleDemo$AlarmTask.<init>(ScheduleDemo.java:25)
	at com.haanoo.schedule.ScheduleDemo.main(ScheduleDemo.java:15)
[闹钟0]嘀。。。
Heap dump file created [85271860 bytes in 0.052 secs]

从日志能够看出GC一直在努力，中间进行了3次Full GC(此时会影响应用性能),但基本没啥效果。

再用MAT看一下堆快照

经过MAT观察则一目了然，失效的7个闹钟（每一个10M）占据了70M堆内存。

经过上面的分析能够看到，虽然TimeTask.cancel()提供了一个及时取消的接口，但却没有一个自动机制保证失效的任务及时回收（须要用户手动处理）。

解决方法

为了防止内存泄漏，Timer提供了一个接口purge()及时清除无效任务。

public class Timer {
   
    private final TaskQueue queue = new TaskQueue();

    public int purge() {
        int result = 0;
        synchronized(queue) {
            for (int i = queue.size(); i > 0; i--) {
                if (queue.get(i).state == TimerTask.CANCELLED) {
                    // 清除无效任务
                    queue.quickRemove(i);
                    result++;
                }
            }
            if (result != 0)
                // 从新整理队列中得任务
                queue.heapify();
        }
        return result;
    }

用户只要合理地使用timer.purge()就能避免内存泄漏，遗憾地是在我所接触的项目中，（或许没有引发重视）基本没有用到这个接口方法。