时间轮的概念
关于定时器有很多种，有基于升序的定时器时间链表，但是这种链表存在效率的不足，就是当插入定时器的时候时间复杂度是O(n).今天，我们来认识一下高性能定时器时间轮。
如上图所示，就是一个时间轮的基本轮廓。一个轮子上有很多槽slot,每一个槽指向一个定时器链表，这个链表是无序的。时间轮每转动一步就会指向下一个槽，其实也可以理解为一个滴答时间成为时间轮的槽间隔si (slot interval)。它实际上就是心跳时间。如果该时间轮有n个槽，因此它运转一周的时间是n*si.
如果现在指针指向槽cs,我们此时要添加一个定时器时间为ti的定时器，则该定时器将被插入槽ts对应的链表
ts = (cs+ti/si)%N
基于排序链表的定时器使用唯一的链表来管理所有定时器，所以插入定时器的数目越多，效率就会越低，而时间轮则是利用哈希表的思想，将定时器散列到不同的链表中，这样每条链表上的数据就会显著少于原来排序链表的数目。插入操作的效率基本不受定时器数目的影响(不需要排序，直接散列到一个链表上)。
显然要提高时间轮的精度，就要使si(slot interval)足够小，要提高其执行效率则要N要足够大。
时间轮
时间轮的代码示例
下面我们来通过实例代码进行系统讲解时间轮
本示例代码已经正确在机器上运行，结果得到验证！
验证运行环境：
Distributor ID: Ubuntu
Description: Ubuntu 13.04
Release: 13.04
Codename: raring
下面是time_wheel_timer.h的源代码
#ifndef TIME_WHEEL_TIMER
#define TIME_WHEEL_TIMER
#include<time.h>
#include<netinet/in.h>
#include<stdio.h>
#define BUFFER_SIZE 64
class tw_timer;
struct client_data
{
sockaddr_in address;
int sockfd;
char buf[BUFFER_SIZE];
tw_timer* timer;
} ;
class tw_timer
{
public:
tw_timer(int rot,int ts):rotation(rot),time_slot(ts),next(NULL),prev(NULL){}
public:
int oldrotation;
int rotation;/*记录定时器在时间轮上转多少圈后生效*/
int time_slot;/*记录定时器属于时间轮上的哪个槽*/
void (*cb_func)(client_data*);/*定时器回调函数*/
client_data* user_data;/*用户数据*/
tw_timer* next;/*指向下一个定时器*/
tw_timer* prev;/*指向前一个定时器*/
time_t expire;//定时时间
time_t start_time;//设定定时器的时间
};
class time_wheel
{
public:
time_wheel():cur_slot(0)
{
for(int i=0;i<N;i++)
{
slots[i]=NULL;/*初始化每个槽的头结点*/
}
}
~time_wheel()
{
for(int i=0;i<N;i++)
{
tw_timer* tmp = slots[i];
while(tmp)
{
slots[i]=tmp->next;
delete tmp;
tmp = slots[i];
}
}
}
/*根据定时器的定时值timeout创建一个定时器，并把它插入合适的槽中*/
tw_timer* add_timer(int put_timeout)
{
if(put_timeout<0)
{
return NULL;
}
int ticks =0;
int timeout = put_timeout-time(NULL);
if(timeout<SI)
ticks = 1;
else
ticks = timeout/SI;
/*计算待插入的定时器在时间轮上转动多少圈后触发*/
int rotation = ticks/N;
/*计算定时器应该被插入哪个槽中*/
int ts = (cur_slot+ticks%N)%N;
/*创建定时器，它在时间轮转动rotation圈之后被触发，且位于第ts个槽中*/
tw_timer* timer = new tw_timer(rotation,ts);
timer->expire = put_timeout;
timer->oldrotation = rotation;
if(!slots[ts])
slots[ts]=timer;
else
{
timer->next = slots[ts];
slots[ts]->prev = timer;
slots[ts] = timer;
}
return timer;
}
void del_timer(tw_timer* timer)
{
if(!timer)return;
int ts = timer->time_slot;
if(timer == slots[ts])
{
slots[ts] = slots[ts]->next;
if(slots[ts])
slots[ts]->prev = NULL;
delete timer;
}
else
{
timer ->prev->next = timer ->next;
if(timer->next)
timer ->next ->prev = timer ->prev;
delete timer;
}
}
void tick()
{
tw_timer* tmp = slots[cur_slot];
while(tmp)
{
//如果定时器要转的圈数仍大于零
if(tmp->rotation>0)
{
tmp ->rotation --;
tmp= tmp->next;
}
else
{
time_t cur_time = time(NULL);
if(cur_time<tmp->expire)
tmp=tmp->next;
else
{
tmp->cb_func(tmp->user_data);
if(tmp ==slots[cur_slot])
{
slots[cur_slot] = tmp->next;
delete tmp;
if(slots[cur_slot])
{
slots[cur_slot]->prev =NULL;
}
tmp = slots[cur_slot];
}
/*如果定时器不再时间槽首端*/
else
{
tmp->prev->next = tmp->next;
if(tmp->next)
tmp ->next ->prev = tmp ->prev;
tw_timer* tmp2 =tmp->next;
delete tmp;
tmp = tmp2;//tmp 指向下一个定时器
}
}
}
}
cur_slot=++cur_slot%N;
}
private:
static const int N = 60;/*转动一周需要12秒*/
static const int SI = 1;/*每隔1秒中，转动一次*/
tw_timer* slots[N];/*时间轮的槽，其中每个月元素指向一个定时器链表，链表无序*/
int cur_slot;/*时间轮当前槽*/
};
#endif
下面是time_wheel.main.cpp
<pre name="code" class="cpp">#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
#include<stdlib.h>
#include"time_wheel_timer.h"
using namespace std;
static time_wheel client_timer;
void myfunc(client_data*arg)
{
cout<<"timeout-->"<<"oldrotation:"<<arg->timer->oldrotation<<" now need rotation:"<<arg->timer->rotation<<" sockfd:"<<
arg->sockfd<<" timer_slot:"<<arg->timer->time_slot<<" start_time:"<<arg->timer->start_time<<
" expire:"<<arg->timer->expire<<" now:"<<time(NULL)<<" duration_time:"<<arg->timer->expire-arg->timer->start_time<<endl;
arg =NULL;
}
void* checktick(void*arg)
{
while(1)
{
client_timer.tick();
usleep(1000);//后续可以采用信号的方式进行改进
}
}
int main()
{
client_data*users = new client_data[20];
srand(time(NULL));
for(int i =0;i<10;i++)
{
users[i].sockfd = i;
time_t cur_time = time(NULL);
tw_timer* timer = client_timer.add_timer(cur_time+rand()%100+1);
if(timer)
{
timer->user_data = &users[i];
timer->cb_func = myfunc;
timer->start_time = cur_time;
users[i].timer = timer;
}
}
pthread_t pid;
pthread_create(&pid,NULL,checktick,NULL);
void* retval;
pthread_join(pid,&retval);
}
编译执行
g++ time_wheel.main.cpp -lpthread -owheel
执行结果
[email protected]:~/libz/72$ ./wheel timeout-->oldrotation:0 now need rotation:0 sockfd:9 timer_slot:24 start_time:1404385502 expire:1404385526 now:1404385526 duration_time:24 timeout-->oldrotation:0 now need rotation:0 sockfd:8 timer_slot:25 start_time:1404385502 expire:1404385527 now:1404385527 duration_time:25 timeout-->oldrotation:0 now need rotation:0 sockfd:0 timer_slot:25 start_time:1404385502 expire:1404385527 now:1404385527 duration_time:25 timeout-->oldrotation:0 now need rotation:0 sockfd:4 timer_slot:52 start_time:1404385502 expire:1404385554 now:1404385554 duration_time:52 timeout-->oldrotation:1 now need rotation:0 sockfd:1 timer_slot:2 start_time:1404385502 expire:1404385564 now:1404385564 duration_time:62 timeout-->oldrotation:1 now need rotation:0 sockfd:7 timer_slot:15 start_time:1404385502 expire:1404385577 now:1404385577 duration_time:75 timeout-->oldrotation:1 now need rotation:0 sockfd:3 timer_slot:16 start_time:1404385502 expire:1404385578 now:1404385578 duration_time:76 timeout-->oldrotation:1 now need rotation:0 sockfd:6 timer_slot:30 start_time:1404385502 expire:1404385592 now:1404385592 duration_time:90 timeout-->oldrotation:1 now need rotation:0 sockfd:2 timer_slot:32 start_time:1404385502 expire:1404385594 now:1404385594 duration_time:92 timeout-->oldrotation:1 now need rotation:0 sockfd:5 timer_slot:35 start_time:1404385502 expire:1404385597 now:1404385597 duration_time:95
其中oldrotation:1表示旋转圈数，need rotation:0 表示目前剩下的旋转圈数，sockfd:2表示是第几个定时器， timer_slot:32 表示定时器位于第几个槽中，start_time:1404385502 表示定时器开始定时的时间，expire:1404385597表示定时器超时时间。
时间轮分析
对应时间轮分析，添加一个定时器的时间按复杂度为O(1),删除一个定时的时间复杂度也是O(1)，执行一个定时器的时间复杂度为O(n),如果定时器的时间轮上的槽数越高则效率就会更好的提升
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时间： 2024-12-25 21:39:01