[移动开发]一起设计一个Android倒计时组件

1 背景

我们在项目中经常有倒计时的场景，比如活动倒计时、抢红包倒计时等等。通常情况下，我们实现倒计时的方案有Android中的CountDownTimer、Java中自带的Timer和ScheduleExcutorService、RxJava中的interval操作符。 在实际项目中存在2个典型的问题，一是倒计时的实现形式不统一，不统一是原因分为认知不一致、每种倒计时方案各有优势；二是存在大量倒计时同时执行。

2 对比分析

关于几种方案的用法不是本文要讨论的重点，在此我们通过表格的方式列出来各自的特性，表格底部的CountDownTimerManager就是本文要为大家介绍的新鲜出炉的中心化倒计时组件。

2.1 是否是倒计时

Rx中的interval操作符是每隔一段时间会发送一个事件，可以说是一个计数器，而不是倒计时，在实际项目中会发现很多同学都把它当做倒计时在使用。下图是RxJava官方对interval的图解：

*The Interval operator returns an Observable that emits an infinite sequence of ascending integers, with a constant interval of time of your choosing between emissions.（简单理解就是固定间隔时间进行回调）

通过源码，我们也可以看出在ObservableInterval中实际也是进行了周期性调度。

public final class ObservableInterval extends Observable<Long> {

    @Override
    public void subscribeActual(Observer<? super Long> observer) {
        IntervalObserver is = new IntervalObserver(observer);
        observer.onSubscribe(is);

        Scheduler sch = scheduler;

        if (sch instanceof TrampolineScheduler) {
            Worker worker = sch.createWorker();
            is.setResource(worker);
            // 以给定的初始时间延迟、周期时间进行周期性执行
            worker.schedulePeriodically(is, initialDelay, period, unit);
        } else {
            // 以给定的初始时间延迟、周期时间进行周期性执行
            Disposable d = sch.schedulePeriodicallyDirect(is, initialDelay, period, unit);
            is.setResource(d);
        }
    }
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那么作为倒计时使用会有什么问题呢？

问题一是回调可能不准确，假设倒计时9.5秒，每1秒刷新一次view，该怎么设置回调间隔时间呢？

问题二是在手机长时间息屏后，某些厂商会将CPU休眠，RxJava的interval操作符此时将被按下暂停键，当APP再次回到前台，interval会继续执行，假设暂停时倒计时剩余100秒，回到前台后实际只有10秒了，但是interval还是从100继续执行。

2.2 支持多任务

Timer是单线程串行执行多任务，假设taskA设定1秒后执行，taskB设定2秒后执行，实际上taskB是在taskA执行结束后才执行taskB，所以taskB的执行时间是在第3秒，所以Timer只算是伪支持多任务。ScheduledExecutorService是利用线程池支持了多任务调度的。

2.3 支持时间校准

CountDownTimer中每次onTick()方法回调，都会重新计算下一次onTick的时间。其中主要优化有2点，一是减去onTick执行耗时；二是针对特殊情况（如1.2.1中提到的手机息屏后CPU休眠场景），对比delay是否小于0，如果小于0则需要累加mCountdownInterval。

    long lastTickStart = SystemClock.elapsedRealtime();
    onTick(millisLeft);
    long lastTickDuration = SystemClock.elapsedRealtime() - lastTickStart;
    long delay;
    if (millisLeft < mCountdownInterval) {
        // 减去上面onTick方法执行耗时
        delay = millisLeft - lastTickDuration;
        if (delay < 0) {
            delay = 0;
        } else {
            delay = mCountdownInterval - lastTickDuration;
            // 针对特殊情况（如1.2.1中提到的手机息屏后CPU休眠场景）
            // 对比delay是否小于0，如果小于0则需要累加mCountdownInterval
            while (delay < 0) {
               delay += mCountdownInterval;
            }
            sendMessageDelayed(obtainMessage(MSG), delay);
        }
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2.4 支持同帧刷新

我们项目中有很多场景是这样的：

倒计时A先执行，倒计时B后执行，A和B的倒计时结束时间是一致的，那么我们假设倒计时时间为10秒，每1秒刷新一次，A在剩余10秒时执行，B在剩余9.5秒执行，当二者在同一页面显示时，就会刷新不一致，这个问题在我们新的倒计时组件中将得到解决，文章后面将会详细说明。

2.5 支持延迟执行

延迟1分钟再执行10秒的倒计时？Android中提供的CountDownTimer是做不到的，只能额外写一个1分钟的定时器，到时间后再启动倒计时。

2.6 支持CPU休眠

我们这里提到的支持CPU休眠，并不是指CPU休眠期间倒计时仍能得到执行，而是在CPU休眠后能够恢复正常执行。和1.2.3中提到的时间校准类似，解决了时间校准的问题也就支持了CPU休眠的特性。

3 需求目标

● 设计一个中心化的倒计时组件，同时支持上述提到的一系列特性。

● 接口易于调用，使用者只需关注计时回调的逻辑。

4 设计类结构

CountDownTimer采用静态内部类形式实现单例，暴露countdown()、timer()方法供业务方ClientA/ClientB/ClientC等调用，Task是抽象任务，每次调用countdown()、timer()后都生成一个task，交给优先级队列管理，内部通过handler不断从队列中取task执行。

5 具体实现

5.1 收口

收口可以理解为进行统一管理，这里我们通过一个优先级队列管理所有倒计时、定时器，优先级队列可以直接采用Java中已有的数据结构PriorityQueue，设置队列大小默认为5，根据task中的mExecuteTimeInNext进行正序排序。这里有一个特别需要注意的点，PriorityQueue需要传入实现Comparator接口的对象，在实现Comparator时，因为mExecuteTimeInNext的数据类型是long类型，而compare()方法返回的是int类型，如果直接使用二者相减再强制转换为int，会有溢出的风险，所以可以使用Long.compare()来实现大小比较。

  /**
   * 优先级队列，保存task，以 {@link Task#mExecuteTimeInNext} 作为基准
   */
  private final Queue<Task> mTaskQueue = new PriorityQueue<>(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY,
      new Comparator<Task>() {
        @Override
        public int compare(Task task1, Task task2) {
          // return (int) (task1.mExecuteTimeInNext - task2.mExecuteTimeInNext); 错误示范
          return Long.compare(task1.mExecuteTimeInNext, task2.mExecuteTimeInNext);
        }
      });
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5.2 支持与RxJava协同

提供倒计时countdown、定时器timer操作符，直接返回Observable，方便与RxJava框架协同。

  /**
   * 倒计时
   *
   * @param millisInFuture    Millis since epoch when alarm should stop.
   * @param countDownInterval The interval in millis that the user receives callbacks.
   * @param delayMillis       The delay time in millis.
   * @return Observable
   */
  public synchronized Observable<Long> countdown(long millisInFuture, long countDownInterval, long delayMillis) {
    AtomicReference<Task> taskAtomicReference = new AtomicReference<>();
    return Observable.create((ObservableOnSubscribe<Long>) emitter -> {
      Task newTask = new Task(millisInFuture, countDownInterval, delayMillis, emitter);
      taskAtomicReference.set(newTask);
      synchronized (CountDownTimerManager.this) {
        Task topTask = mTaskQueue.peek();
        if (topTask == null || newTask.mExecuteTimeInNext < topTask.mExecuteTimeInNext) {
          cancel();
        }
        mTaskQueue.offer(newTask);
        if (mCancelled) {
          start();
        }
      }
    }).doOnDispose(() -> {
      if (taskAtomicReference.get() != null) {
        taskAtomicReference.get().dispose();
      }
    });
  }
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  /**
   * 定时器
   *
   * @param millisInFuture   Millis since epoch when alarm should stop.
   * @return Observable
   */
  public synchronized Observable<Long> timer(long millisInFuture) {
    return countdown(0, 0, millisInFuture);
  }

  private synchronized void remove(Task task) {
    mTaskQueue.remove(task);
    if (mTaskQueue.size() == 0) {
      cancel();
    }
  }
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5.3 支持时间校准

不推荐使用RxJava中的interval，因为RxJava中的实现无法保障倒计时的准确执行，如在手机CPU进入休眠之后再恢复到前台。那么如何实现呢？这里借鉴了Android中CountDownTimer的设计思路，在每次onTick后重新计算了下一次onTick的时间，比如前文提到的“CPU进入休眠”的情况，我们通过一个while循环，计算出下一次onTick的时间（其条件是大于当前时间）。

          mTaskQueue.poll();
          if (!task.isDisposed()) {
            if (stopMillisLeft <= 0 || task.mCountdownInterval == 0) {
              task.mDisposed = true;
              task.mEmitter.onNext(0L);
              task.mEmitter.onComplete();
            } else {
              task.mEmitter.onNext(stopMillisLeft % task.mCountdownInterval == 0 ? stopMillisLeft
                  : (stopMillisLeft / task.mCountdownInterval + 1) * task.mCountdownInterval);
              // 时间校准 
              // special case:
              // user's onTick took more than interval to complete
              // cpu slept
              do {
                task.mExecuteTimeInNext += task.mCountdownInterval;
              } while (task.mExecuteTimeInNext < SystemClock.elapsedRealtime());
              mTaskQueue.offer(task);
            }
          }
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5.4 支持同步刷新

针对多个倒计时在同一时刻结束的情况，优化了刷新不同步的问题。 mExecuteTimeInNext是下一次任务执行时间，假设倒计时剩余时间为9.5秒，每1秒刷新，那么下一次的执行时间则是在0.5秒之后。

    private Task(long millisInFuture, long countDownInterval, long delayMillis,
        @NonNull ObservableEmitter<Long> emitter) {
      mCountdownInterval = countDownInterval;
      // 计算出下次执行的时间
      mExecuteTimeInNext = SystemClock.elapsedRealtime() + (mCountdownInterval == 0 ? 0
          : millisInFuture % mCountdownInterval) + delayMillis;
      mStopTimeInFuture = SystemClock.elapsedRealtime() + millisInFuture + delayMillis;
      mEmitter = emitter;
    }
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5.5 支持延迟执行

在计算下次执行的时间时，加上了delayMillis，这样就支持了延迟执行。

    private Task(long millisInFuture, long countDownInterval, long delayMillis,
        @NonNull ObservableEmitter<Long> emitter) {
      mCountdownInterval = countDownInterval;
      // 计算出下次执行的时间
      mExecuteTimeInNext = SystemClock.elapsedRealtime() + (mCountdownInterval == 0 ? 0
          : millisInFuture % mCountdownInterval) + delayMillis;
      mStopTimeInFuture = SystemClock.elapsedRealtime() + millisInFuture + delayMillis;
      mEmitter = emitter;
    }

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