Android 进阶——实现周期性任务调度的几种攻略详解

引言

在做Android App开发的过程相信大家都会遇到周期性执行一些任务的需求，比如说每隔一段时间刷新下界面，每隔一段时间刷新下当前的天气情况或者实现类似Windows的若干时间自动播放屏保等等。

一、概述

任务调度是指基于给定时间点，给定时间间隔或者给定执行次数自动执行任务，简而言之可以理解成周期性执行某一项任务。

二、任务调度的实现方式

通常任务调度机制实现的方式主要有以下几种：Timer、ScheduledExecutor、Handler和其他第三方开源库

1、Timer

java.util.Timer是Java语言本身提供的一种最简单实现任务调度的方法，使用起来也很简单，通过对应的api调用即可。Timer 的设计核心是一个 TaskQueue和一个 TaskThread。Timer 将接收到的任务丢到自己的 TaskQueue中，TaskQueue按照 Task 的最初执行时间进行排序。TimerThread 在创建 Timer 时会启动成为一个守护线程，这个守护线程会轮询所有任务，找到一个最近要执行的任务，然后休眠，当到达最近要执行任务的开始时间点，TimerThread 被唤醒并执行该任务。之后 TimerThread 更新最近一个要执行的任务，继续休眠。

继承TimerTask实现具体的作业任务类

重写run方法实现具体的作业操作

构造Timer对象并调用schedule方法传入指定参数即可

public class PeriodicOperations {

public static void main(String[] args) {
testTimerWay();
}

private static void testTimerWay(){
Timer timer = new Timer();
long delay1 = 1 * 1000;
long period1 = 1000;
// 从现在开始 1 秒钟之后，每隔 1 秒钟执行一次 job1
timer.schedule(new TimerTest("job1"), delay1, period1);
long delay2 = 2 * 1000;
long period2 = 2000;
// 从现在开始 2 秒钟之后，每隔 2 秒钟执行一次 job2
timer.schedule(new TimerTest("job2"), delay2, period2);
}

static class TimerTest extends TimerTask{
private String jobName = "";
public TimerTest(String job) {
super();
this.jobName=job;
}
@Override
public void run() {
System.out.println("执行作业："+jobName);
}
}
}

Timer机制实现任务调度的核心类是 Timer 和 TimerTask。其中 Timer 负责设定 TimerTask 的起始与间隔执行时间。使用者只需要创建一个 TimerTask 的继承类，实现自己的 run 方法，然后将其丢给 Timer 去执行即可。Timer 的优点在于简单易用，但由于所有任务都是由同一个线程来调度，因此所有任务都是串行执行的，同一时间只能有一个任务在执行，前一个任务的延迟或异常都将会影响到之后的任务，所以不太适合并发类的任务调度。

2、ScheduledExecutor

为了弥补Timer 的上述缺陷，在Java 5的时候推出了基于线程池设计的 ScheduledExecutor。其设计思想是：每一个被调度的任务都会由线程池中一个线程去执行，因此任务是并发执行的，相互之间不会受到干扰。但需要注意的是只有当任务的执行时间到来时，ScheduedExecutor 才会真正启动一个线程，其余时间 ScheduledExecutor 都是在轮询任务的状态。

定义一个作业线程负责实现具体的操作逻辑

创建一个线程池用于管理作业线程

调用线程池的对应方法（ScheduleWithFixedDelay或ScheduleAtFixedRate ）启动周期性机制

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.Timer;
import java.util.TimerTask;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class PeriodicOperations {

public static void main(String[] args) {
testScheduledExecutorWay();
}

private static void testScheduledExecutorWay(){
ScheduledExecutorService service = Executors.newScheduledThreadPool(10);//创建线程池的方式有几种，可以根据业务具体选择

long initialDelay1 = 1;
long period1 = 1;
// 从现在开始1秒钟之后，每隔1秒钟执行一次job1
service.scheduleAtFixedRate(
new ScheduledExecutorTest("job1"), initialDelay1,
period1, TimeUnit.SECONDS);

long initialDelay2 = 1;
long delay2 = 1;
// 从现在开始2秒钟之后，每隔2秒钟执行一次job2
service.scheduleWithFixedDelay(
new ScheduledExecutorTest("job2"), initialDelay2,
delay2, TimeUnit.SECONDS);
}

static class ScheduledExecutorTest implements Runnable{
private String jobName = "";

public ScheduledExecutorTest(String jobName) {
super();
this.jobName = jobName;
}

@Override
public void run() {
System.out.println(getNowTime()+"执行作业：" + jobName);
}
}

public static String getNowTime(){
Date now = new Date();
SimpleDateFormat dateFormat = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss");// 可以方便地修改日期格式
return dateFormat.format(now);
}
}

ScheduledExecutorService 中两种最常用的调度方法 ScheduleAtFixedRate 和 ScheduleWithFixedDelay。其中ScheduleAtFixedRate 每次执行时间为上一次任务开始起向后推一个时间间隔，即每次执行时间为 :initialDelay, initialDelay+period, initialDelay+2*period, …；而ScheduleWithFixedDelay 每次执行时间为上一次任务结束起向后推一个时间间隔，即每次执行时间为：initialDelay, initialDelay+executeTime+delay, initialDelay+2*executeTime+2*delay。所以两种方式异同在于ScheduleAtFixedRate 是基于固定时间间隔进行任务调度，ScheduleWithFixedDelay 取决于每次任务执行的时间长短，是基于不固定时间间隔进行任务调度。

3、结合 ScheduledExecutor 和 Calendar 实现复杂任务调度

无论是Timer 和 ScheduledExecutor 都仅能提供基于开始时间与重复间隔的任务调度，不能实现更加复杂的调度需求。比如说设置每星期二的 16:38:10 执行任务等等，单独使用 Timer 或 ScheduledExecutor 都不能直接实现，但我们可以借助 Calendar 间接实现该功能。

import java.util.Calendar;
import java.util.Date;
import java.util.TimerTask;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class ScheduledExceutorTest2 extends TimerTask {

private String jobName = "";

public ScheduledExceutorTest2(String jobName) {
super();
this.jobName = jobName;
}

@Override
public void run() {
System.out.println("Date = "+new Date()+", execute " + jobName);
}

/**
* 计算从当前时间currentDate开始，满足条件dayOfWeek, hourOfDay,
* minuteOfHour, secondOfMinite的最近时间
* @return
*/
public Calendar getEarliestDate(Calendar currentDate, int dayOfWeek,
int hourOfDay, int minuteOfHour, int secondOfMinite) {
//计算当前时间的WEEK_OF_YEAR,DAY_OF_WEEK, HOUR_OF_DAY, MINUTE,SECOND等各个字段值
int currentWeekOfYear = currentDate.get(Calendar.WEEK_OF_YEAR);
int currentDayOfWeek = currentDate.get(Calendar.DAY_OF_WEEK);
int currentHour = currentDate.get(Calendar.HOUR_OF_DAY);
int currentMinute = currentDate.get(Calendar.MINUTE);
int currentSecond = currentDate.get(Calendar.SECOND);

//如果输入条件中的dayOfWeek小于当前日期的dayOfWeek,则WEEK_OF_YEAR需要推迟一周
boolean weekLater = false;
if (dayOfWeek < currentDayOfWeek) {
weekLater = true;
} else if (dayOfWeek == currentDayOfWeek) {
//当输入条件与当前日期的dayOfWeek相等时，如果输入条件中的
//hourOfDay小于当前日期的
//currentHour，则WEEK_OF_YEAR需要推迟一周
if (hourOfDay < currentHour) {
weekLater = true;
} else if (hourOfDay == currentHour) {
//当输入条件与当前日期的dayOfWeek, hourOfDay相等时，
//如果输入条件中的minuteOfHour小于当前日期的
//currentMinute，则WEEK_OF_YEAR需要推迟一周
if (minuteOfHour < currentMinute) {
weekLater = true;
} else if (minuteOfHour == currentSecond) {
//当输入条件与当前日期的dayOfWeek, hourOfDay，
//minuteOfHour相等时，如果输入条件中的
//secondOfMinite小于当前日期的currentSecond，
//则WEEK_OF_YEAR需要推迟一周
if (secondOfMinite < currentSecond) {
weekLater = true;
}
}
}
}
if (weekLater) {
//设置当前日期中的WEEK_OF_YEAR为当前周推迟一周
currentDate.set(Calendar.WEEK_OF_YEAR, currentWeekOfYear + 1);
}
// 设置当前日期中的DAY_OF_WEEK,HOUR_OF_DAY,MINUTE,SECOND为输入条件中的值。
currentDate.set(Calendar.DAY_OF_WEEK, dayOfWeek);
currentDate.set(Calendar.HOUR_OF_DAY, hourOfDay);
currentDate.set(Calendar.MINUTE, minuteOfHour);
currentDate.set(Calendar.SECOND, secondOfMinite);
return currentDate;

}

public static void main(String[] args) throws Exception {

ScheduledExceutorTest2 test = new ScheduledExceutorTest2("job1");
//获取当前时间
Calendar currentDate = Calendar.getInstance();
long currentDateLong = currentDate.getTime().getTime();
System.out.println("Current Date = " + currentDate.getTime().toString());
//计算满足条件的最近一次执行时间
Calendar earliestDate = test
.getEarliestDate(currentDate, 3, 16, 38, 10);
long earliestDateLong = earliestDate.getTime().getTime();
System.out.println("Earliest Date = "
+ earliestDate.getTime().toString());
//计算从当前时间到最近一次执行时间的时间间隔
long delay = earliestDateLong - currentDateLong;
//计算执行周期为一星期
long period = 7 * 24 * 60 * 60 * 1000;
ScheduledExecutorService service = Executors.newScheduledThreadPool(10);
//从现在开始delay毫秒之后，每隔一星期执行一次job1
service.scheduleAtFixedRate(test, delay, period,
TimeUnit.MILLISECONDS);

}
}

其核心在于根据当前时间推算出最近一个星期二 16:38:10 的绝对时间，然后计算与当前时间的时间差，作为调用 ScheduledExceutor 函数的参数。计算最近时间要用到 java.util.calendar 的功能。首先需要解释 Calendar 的一些设计思想。Calendar 有以下几种唯一标识一个日期的组合方式：

YEAR + MONTH + DAY_OF_MONTH

YEAR + MONTH + WEEK_OF_MONTH +

YEAR + MONTH + DAY_OF_WEEK_IN_MONTH + DAY_OF_WEEK

YEAR+ DAY_OF_YEAR YEAR + DAY_OF_WEEK + WEEK_OF_YEAR

上述组合分别加上 HOUR_OF_DAY + MINUTE + SECOND 即为一个完整的时间标识。本例采用了最后一种组合方式。输入为 DAY_OF_WEEK, HOUR_OF_DAY, MINUTE, SECOND 以及当前日期 , 输出为一个满足 DAY_OF_WEEK, HOUR_OF_DAY, MINUTE, SECOND 并且距离当前日期最近的未来日期。计算的原则是从输入的 DAY_OF_WEEK 开始比较，如果小于当前日期的 DAY_OF_WEEK，则需要向 WEEK_OF_YEAR 进一， 即将当前日期中的 WEEK_OF_YEAR 加一并覆盖旧值；如果等于当前的 DAY_OF_WEEK, 则继续比较 HOUR_OF_DAY；如果大于当前的 DAY_OF_WEEK，则直接调用 java.util.calenda 的 calendar.set(field, value) 函数将当前日期的 DAY_OF_WEEK, HOUR_OF_DAY, MINUTE, SECOND 赋值为输入值，依次类推，直到比较至 SECOND。也可以根据输入需求选择不同的组合方式来计算最近执行时间。

4、Handler机制

以上三种方式都是由Java语言提供的机制，其实Android 本身也提供了自己的机制，只不过需要我们灵活去应用，尤其是涉及到界面操作的周期性需要灵活控制的任务调度，Handler机制应该算是比较合适一种方式，结合其他机制可以无缝地操作界面。我以实现仿Windows 屏保机制来说明，简单说下需求，当设备在若干分钟无人进行交互的时候，自动播放屏保，这也可以看成一个灵活的任务调度，因为当到达指定时间之前，有人交互，此时又得重新计算起点，而不是固定的在一个时间间隔内一定会触发。

public abstract class BaseActivity extends AppCompatActivity {
public static final int MSG_WELCOME = 11;
private final static long DELAY=10*60*1000;

@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
ActivityManager.addActivity(this);
setFullScreen();
}

@Override
protected void onResume() {
super.onResume();
startTask();//首先在onResume 中开启任务调度，此时相当于开始倒计时，如果没被打断将会在DELAY 时间间隔之后执行预订的弹出屏保
}

@Override
protected void onStop() {
super.onStop();
stopTask();//停止任务调度
}

@Override
protected void onDestroy() {
super.onDestroy();
}

private void setFullScreen(){
requestWindowFeature(Window.FEATURE_NO_TITLE);
getWindow().setFlags(WindowManager.LayoutParams.FLAG_FULLSCREEN,
WindowManager.LayoutParams.FLAG_FULLSCREEN);
}

@Override
public boolean dispatchTouchEvent(MotionEvent ev) {
stopTask();//当有人在交互的时候就中断当前的任务调度，重新开启
startTask();
return super.dispatchTouchEvent(ev);
}

private ObverHandler takePhotoHandler =new ObverHandler(this);

protected void handleMsg(int what){
if(what== MSG_WELCOME) {
ScreenActivity.showScreenActivity(this);//当接收到Message 时，跳到屏保界面
return;
}
return;
}

protected boolean isTopActivity(String activity) {
android.app.ActivityManager am = (android.app.ActivityManager) getSystemService(ACTIVITY_SERVICE);
ComponentName cn = am.getRunningTasks(1).get(0).topActivity;
return cn.getClassName().contains(activity);
}

/**
*开启周期性任务调度
*/
protected void startTask(){
if(takePhotoHandler !=null) {
if(isTopActivity("ScreenActivity")){
return;
}else{
takePhotoHandler.postDelayed(new Runnable() {
@Override
public void run() {
takePhotoHandler.sendMsg(MSG_WELCOME);
}
}, DELAY);
}
}
}

/**
*停止周期性任务调度，假如在还未到所指定的时间任务呗手动停止了，比如说有人交互了，此时需要重新计算任务开始的起点，所以需要在业务逻辑中手动去重新开启任务调度
*/
private void stopTask(){
if (takePhotoHandler !=null){
LogUtil.showErroLog("STOP TASK WELCOMEActivity");
takePhotoHandler.removeCallbacksAndMessages(null);//就是把未处理的Meesgae 全部清空
}
}

static class ObverHandler extends Handler {
private final WeakReference<BaseActivity> mAct;//声明弱引用
//声明构造方法供外部调用构ObverHandler对象
public ObverHandler(BaseActivity act){
mAct=new WeakReference<>(act);
}
public void handleMessage(Message msg){

mAct.get().handleMsg(msg.what);
}
public void sendMsg(int what){
sendEmptyMessage(what);
}
}
}

以上屏保案例实质上借助了Handler的postDelayed方法和removeCallbacksAndMessages灵活实现的一种所谓的周期性任务调度，当然也可以借助其他机制来实现开启和停止，一切取决于你的需求。

5、第三方开源库

上述方法实现该任务调度比较麻烦，这就需要一个更加完善的任务调度框架来解决这些复杂的调度问题。幸运的是，开源工具包 Quartz 与 JCronTab 提供了这方面强大的支持（使用攻略参见IBM开发社区。）

小结

对于简单的基于起始时间点与时间间隔的任务调度，使用 Timer 就足够了；如果需要同时调度多个任务，基于线程池的 ScheduledTimer 是更为合适的选择；当任务调度的策略复杂到难以凭借起始时间点与时间间隔来描述时，Quartz 与 JCronTab 则体现出它们的优势。熟悉 Unix/Linux 的开发人员更倾向于 JCronTab，且 JCronTab 更适合与 Web 应用服务器相结合。Quartz 的 Trigger 与 Job 松耦合设计使其更适用于 Job 与 Trigger 的多对多应用场景。