Java Timer：schedule和scheduleAtFixedRate有何不同

在前一篇文章 Java Timer：排程、定時、週期性執行工作任務 中，
我們展示了如何利用 Timer 非常簡單地執行排程工作。
然而在 Timer 中有兩個用來排程的 method：schedule 和 scheduleAtFixedRate，
兩者最明顯的差異就是字面上的不同，後者多了 AtFixedRate，
可是在上一篇我們用 schedule 也可以重複執行工作啊？
到底這兩者差在哪裡呢？使用時機又該如何決定呢？
圖片來源：http://jeequ.com/12016/

為了解決這個問題，我直接查了 Timer 的 source code，
其中最關鍵的差異為：
  1. schedule為「fixed-delay」，執行時間參照前次工作執行完成的時間：
    若執行工作沒被 delay，則按照預訂的時間執行；但若執行工作時被 delay了，
    随後工作的預訂執行時間會按照上一次執行「完成」的時間點來計算。
  2. scheduleAtFixedRate為「fixed-rate」，執行時間參照一開始的時間點；
    和schedule一樣，若執行工作沒被 delay，則按照預訂的時間執行；
    但如果執行工作時被delay了，
    後續的預訂執行時間仍按照上一次執行「開始」的時間點計算，
    且為了「catch up」預訂時間，會連續多次補足未完成的任務！
另外在在單次執行的情況下，
只要預訂要執行的時間已經過了，那麼兩者都會直接把工作移除不執行。
但若在有設定 period 的情況下，若預訂要執行的時間已經過了，
基於上面所描述的行為，schedule 沒有上次執行完成的時間，會從現在開始算並執行，
而 scheduleAtFixedRate 則以預訂執行的時間開始算，且會一口氣將過去未做的補上！

接著讓我們來看例子，首先我們要看的是當執行所需時間比執行間隔長和短時，
兩者的運作會有何差異：
下面是工作 Task 的程式碼，每次進到工作時會 random 睡上 4~8秒才結束。
 1 package werdna1222coldcodes.blogspot.com.demo.timer;
 2 
 3 import java.util.*;
 4 
 5 public class DateTaskSleep4to8s extends TimerTask {
 6     public void run() {
 7         System.out.println("Task 預訂執行時間：" 
 8                 + new Date(this.scheduledExecutionTime()) 
 9                 + ", \n實際執行時間：" + new Date());
10         try {
11             int sleepSeconds = (int) (4 + Math.random()*4);
12             System.out.println(
13                 "Task going to sleep " + sleepSeconds + "s.");
14             Thread.sleep(sleepSeconds*1000);
15         }
16             catch(InterruptedException e) {
17         }
18     }
19 }
下面則是測試程式的程式碼，預訂的時間間隔為 5秒：
 1 package werdna1222coldcodes.blogspot.com.demo.timer;
 2 
 3 import java.util.*;
 4 
 5 public class TimerScheduleAndScheduleAtFixedRateDemo {
 6     public static void main(String[] args) {
 7 
 8         TimerScheduleAndScheduleAtFixedRateDemo timerDemo 
 9             = new TimerScheduleAndScheduleAtFixedRateDemo();
10         timerDemo.testSchedule();
11         timerDemo.testScheduleAtFixedRate();
12     }
13     
14     void testSchedule(){
15 
16         Timer timer = new Timer();
17         System.out.println("In testSchedule：" + new Date());
18         System.out.println("Delay：5秒, Period：5秒");
19         
20         // schedule(TimerTask task, long delay, long period)
21         timer.schedule(new DateTaskSleep4to8s(), new Date(), 5000);
22         
23         try {
24             Thread.sleep(30000);
25         }
26             catch(InterruptedException e) {
27         }
28 
29         timer.cancel();
30         System.out.println("End testSchedule：" + new Date() + "\n");
31     }
32     
33     void testScheduleAtFixedRate(){
34 
35         Timer timer = new Timer();
36         System.out.println("In testScheduleAtFixedRate：" + new Date()
37                            );
38         System.out.println("Delay：5秒, Period：5秒");
39         
40         // scheduleAtFixedRate(TimerTask task, long delay, long period)
41         timer.scheduleAtFixedRate(new DateTaskSleep4to8s(), new Date(),
42                                   5000);
43         
44         try {
45             Thread.sleep(30000);
46         }
47             catch(InterruptedException e) {
48         }
49 
50         timer.cancel();
51         System.out.println("End testScheduleAtFixedRate：" + new Date(
52                            ) + "\n");
53     }
54 }
執行結果：
首先來看 schedule 的部份，由下面的資料我們可以發現，
當工作執行時間超過 5 秒時，下次的預訂執行時間會以工作結束的時間來計算，
如下面標紅色部份，工作執行了 7秒，則下次的預訂時間就晚 7秒，
而若工作時間少於 5 秒，下次執行的間隔仍維持 5 秒，如下面標藍色部份。
對 schedule 而言，所有預訂和實際執行時間都是相同的，沒有 catch up 的情況。
In testSchedule：Sun Dec 25 14:56:31 CST 2011
Delay：5秒, Period：5秒
Task 預訂執行時間：Sun Dec 25 14:56:31 CST 2011, 
實際執行時間：Sun Dec 25 14:56:31 CST 2011
Task going to sleep 5s.
Task 預訂執行時間：Sun Dec 25 14:56:36 CST 2011, 
實際執行時間：Sun Dec 25 14:56:36 CST 2011
Task going to sleep 7s.
Task 預訂執行時間：Sun Dec 25 14:56:43 CST 2011, 
實際執行時間：Sun Dec 25 14:56:43 CST 2011
Task going to sleep 5s.
Task 預訂執行時間：Sun Dec 25 14:56:48 CST 2011, 
實際執行時間：Sun Dec 25 14:56:48 CST 2011
Task going to sleep 6s.
Task 預訂執行時間：Sun Dec 25 14:56:54 CST 2011, 
實際執行時間：Sun Dec 25 14:56:54 CST 2011
Task going to sleep 4s.
Task 預訂執行時間：Sun Dec 25 14:56:59 CST 2011, 
實際執行時間：Sun Dec 25 14:56:59 CST 2011
Task going to sleep 5s.
End testSchedule：Sun Dec 25 14:57:01 CST 2011
而對 scheduleAtFixedRate 來說，
當工作執行時間超過 5 秒時，下次的預訂執行時間仍以工作開始的時間來計算，
所以所有後續工作的預訂時間都是間隔 5秒，然而排程的工作不會同時執行，
故雖然預訂時間間隔5秒，但實際執行時間會被 delay，如下面標紅色部份，
工作執行了 6秒，則下次的預訂時間是5秒後，但實際執行是6秒後。
這個預訂時間和實際執行時間的差距，將在後續的工作排程中產生影響，
在實際執行時間落後預訂時間時，scheduleAtFixedRate 會有 catch up 的機制，
在後續若執行時間較短，我們就可以發現執行的間距小於 5秒，如藍色所示。
In testScheduleAtFixedRate：Sun Dec 25 14:57:01 CST 2011
Delay：5秒, Period：5秒
Task 預訂執行時間：Sun Dec 25 14:57:01 CST 2011, 
實際執行時間：Sun Dec 25 14:57:01 CST 2011
Task going to sleep 6s.
Task 預訂執行時間：Sun Dec 25 14:57:06 CST 2011, 
實際執行時間：Sun Dec 25 14:57:07 CST 2011
Task going to sleep 5s.
Task 預訂執行時間：Sun Dec 25 14:57:11 CST 2011, 
實際執行時間：Sun Dec 25 14:57:12 CST 2011
Task going to sleep 5s.
Task 預訂執行時間：Sun Dec 25 14:57:16 CST 2011, 
實際執行時間：Sun Dec 25 14:57:17 CST 2011
Task going to sleep 6s.
Task 預訂執行時間：Sun Dec 25 14:57:21 CST 2011, 
實際執行時間：Sun Dec 25 14:57:23 CST 2011
Task going to sleep 4s.
Task 預訂執行時間：Sun Dec 25 14:57:26 CST 2011, 
實際執行時間：Sun Dec 25 14:57:27 CST 2011
Task going to sleep 6s.
End testScheduleAtFixedRate：Sun Dec 25 14:57:31 CST 2011
看完了以上的例子，我們發現 schedule 和 scheduleAtFixedRate都不會同時執行，
而是接續著執行，所以不須考慮同步的問題。
這點在 Timer的schedule和scheduleAtFixedRate方法的区别解析 的解釋是錯的，
因為他印出的都是 scheduledExecutionTime，而非實際執行時間。

接下來我們再來看看若預訂執行的時間已經過了，兩個不同 method 有何差異，
這也會展示 catch up 的影響到底有多大：
這次我們不再需要不同的工作時間，所以工作的程式碼簡化如下：
 1 package werdna1222coldcodes.blogspot.com.demo.timer;
 2 
 3 import java.util.*;
 4 
 5 public class DateTaskWithBothTime extends TimerTask {
 6     
 7     @ Override
 8     public void run() {
 9         System.out.println("Task 預訂執行時間：" 
10                 + new Date(this.scheduledExecutionTime()) 
11                 + ", \n實際執行時間：" + new Date());
12     }
13 }
而測試的程式碼如下：
 1 package werdna1222coldcodes.blogspot.com.demo.timer;
 2 
 3 import java.util.*;
 4 
 5 public class TimerScheduleAndScheduleAtFixedRateDemo {
 6     public static void main(String[] args) {
 7 
 8         TimerScheduleAndScheduleAtFixedRateDemo timerDemo 
 9             = new TimerScheduleAndScheduleAtFixedRateDemo();
10 
11         timerDemo.testSchedulePassedDate();
12         timerDemo.testScheduleAtFixedRatePassedDate();
13     }
14     
15     void testSchedulePassedDate(){
16 
17         Timer timer = new Timer();
18         System.out.println("In testSchedulePassedDate：" + new Date())
19                            ;
20         System.out.println("Period：5秒");
21         
22         // 設定填入schedule中的 Date firstTime 
23         為現在的15秒前
24         Calendar calendar = Calendar.getInstance();
25         calendar.set(Calendar.SECOND, calendar.get(Calendar.SECOND)-15)
26                      ;
27         Date firstTime = calendar.getTime();
28         
29         // 也可用 simpleDateFormat 直接設定 firstTime 
30         的精確時間
31         // SimpleDateFormat dateFormatter = 
32         //      new SimpleDateFormat("yyyy/MM/dd HH:mm:ss");  
33         // Date firstTime = dateFormatter.parse("2011/12/25 13:30:00");
34         
35         // schedule(TimerTask task, Date firstTime, long period)
36         timer.schedule(new DateTaskWithBothTime(), firstTime, 5000);
37         
38         try {
39             Thread.sleep(30000);
40         }
41             catch(InterruptedException e) {
42         }
43 
44         timer.cancel();
45         System.out.println("End testSchedulePassedDate：" + new Date()
46                            + "\n");
47     }
48     
49     void testScheduleAtFixedRatePassedDate(){
50 
51         Timer timer = new Timer();
52         System.out.println("In testScheduleAtFixedRatePassedDate：" 
53                 + new Date());
54         System.out.println("Period：5秒");
55         
56         // 設定填入schedule中的 Date firstTime 
57         為現在的15秒前
58         Calendar calendar = Calendar.getInstance();
59         calendar.set(Calendar.SECOND, calendar.get(Calendar.SECOND)-15)
60                      ;
61         Date firstTime = calendar.getTime();
62         
63         // schedule(TimerTask task, Date firstTime, long period)
64         timer.scheduleAtFixedRate(new DateTaskWithBothTime(), 
65                                   firstTime, 5000);
66         
67         try {
68             Thread.sleep(30000);
69         }
70             catch(InterruptedException e) {
71         }
72 
73         timer.cancel();
74         System.out.println("End testScheduleAtFixedRatePassedDate：" 
75                 + new Date() + "\n");
76     }
77  }
執行的結果為：
In testSchedulePassedDate：Sun Dec 25 16:11:32 CST 2011
Period：5秒
Task 預訂執行時間：Sun Dec 25 16:11:32 CST 2011, 
實際執行時間：Sun Dec 25 16:11:32 CST 2011
Task 預訂執行時間：Sun Dec 25 16:11:37 CST 2011, 
實際執行時間：Sun Dec 25 16:11:37 CST 2011
Task 預訂執行時間：Sun Dec 25 16:11:42 CST 2011, 
實際執行時間：Sun Dec 25 16:11:42 CST 2011
Task 預訂執行時間：Sun Dec 25 16:11:47 CST 2011, 
實際執行時間：Sun Dec 25 16:11:47 CST 2011
Task 預訂執行時間：Sun Dec 25 16:11:52 CST 2011, 
實際執行時間：Sun Dec 25 16:11:52 CST 2011
Task 預訂執行時間：Sun Dec 25 16:11:57 CST 2011, 
實際執行時間：Sun Dec 25 16:11:57 CST 2011
End testSchedulePassedDate：Sun Dec 25 16:12:02 CST 2011

In testScheduleAtFixedRatePassedDate：Sun Dec 25 16:12:02 CST 2011
Period：5秒
Task 預訂執行時間：Sun Dec 25 16:11:47 CST 2011, 
實際執行時間：Sun Dec 25 16:12:02 CST 2011
Task 預訂執行時間：Sun Dec 25 16:11:52 CST 2011, 
實際執行時間：Sun Dec 25 16:12:02 CST 2011
Task 預訂執行時間：Sun Dec 25 16:11:57 CST 2011, 
實際執行時間：Sun Dec 25 16:12:02 CST 2011
Task 預訂執行時間：Sun Dec 25 16:12:02 CST 2011, 
實際執行時間：Sun Dec 25 16:12:02 CST 2011
Task 預訂執行時間：Sun Dec 25 16:12:07 CST 2011, 
實際執行時間：Sun Dec 25 16:12:07 CST 2011
Task 預訂執行時間：Sun Dec 25 16:12:12 CST 2011, 
實際執行時間：Sun Dec 25 16:12:12 CST 2011
Task 預訂執行時間：Sun Dec 25 16:12:17 CST 2011, 
實際執行時間：Sun Dec 25 16:12:17 CST 2011
Task 預訂執行時間：Sun Dec 25 16:12:22 CST 2011, 
實際執行時間：Sun Dec 25 16:12:22 CST 2011
Task 預訂執行時間：Sun Dec 25 16:12:27 CST 2011, 
實際執行時間：Sun Dec 25 16:12:27 CST 2011
Task 預訂執行時間：Sun Dec 25 16:12:32 CST 2011, 
實際執行時間：Sun Dec 25 16:12:32 CST 2011
End testScheduleAtFixedRatePassedDate：Sun Dec 25 16:12:32 CST 2011
由上面的結果我們可以發現當現在的時間已經超過指定的 date 時，
schedule 會直接從現在開始做，且沒有 catch up 的情況。
而 scheduleAtFixedRate 則會發生 catch up，即他會想要趕上預訂的執行時間，
所以已過期的任務仍會被執行，這也是為何藍色部份會在一開始被執行連續被執行。

從以上所有的測試結果來看，兩者主要的差異有兩點：
  1. 執行工作時間較預訂工作間隔長時：
    schedule 會直接 delay 後續的工作預訂的時間；
    scheduleAtFixedRate 後續工作的預訂時間仍按工作間隔計算，
    後續若有工作提早完成，會以 catch up 來追上預訂時間。
  2. 執行任務已過期時：
    若只執行單次不repeat，則兩者都不會執行；但若有 repeat，
    schedule 不會管前面過期的任務，直接由當下開始執行並計算後續的工作時間；
    scheduleAtFixedRate 則一樣以 catch up 機制，會先補足前面未完成的部份。
其他關於 Timer 的細節有興趣的人可以參考 Timer 的 source code：
http://kickjava.com/src/java/util/Timer.java.htm

若想知道更多有關 Java 時間相關的轉換、排程等應用，請見：
Java 時間日期處理範例大全：含時間單位格式轉換、期間計算、排程等

關鍵字：java, timer, schedule, scheduleAtFixedRate, 差異, 不同, 比較, 差別, example, 例子, 範例,
參考資料：

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