高性能定时器-------时间轮

基于排序链表的定时器(https://blog.csdn.net/destory27/article/details/81748580)存在一个问题:添加定时器的效率偏低。

如图所示时间轮内,指针指向轮子上的一个槽,它以恒定的速度顺时针旋转，每旋转一步就指向先一个槽.该时间轮共有N个槽,旋转一周的时间是N*Si,每个槽指向一条定时器链表,没条链表上的定时器具有相同的特征:它们的定时时间相差N*Si的整数倍.时间轮正是利用这个关系将定时器散列到不同的链表中。假如现在指针指向槽cs,我们要添加一个定时时间为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一条链表来管理所有的定时器,所有插入操作的效率随着定时器数目的增多而降低.而时间轮使用哈希表思想,将定时器散列到不同的链表上.对于时间轮,要提高定时精度,就要使si值足够小;要提高执行效率,则要求N值足够大.

#ifndef _TIME_WHEEL_TIMER
#define _TIME_WHEEL_TIMER
//时间轮
#include <time.h>
#include <netinet/in.h>
#include <iostream>#define BUFFER_SIZE  64class tw_timer;  //前向声明//绑定socket和定时器
struct client_data{struct sockaddr_in address;  //addrint sockfd;                char buf[BUFFER_SIZE];tw_timer *timer;
};/********定时器类*********/
class tw_timer{public:tw_timer(int rot, int ts):rotation(rot),time_slot(ts){}void (*cb_func)(client_data *);  //定时器回调函数public:int rotation; //时间轮转多少圈后生效int time_slot;     //属于时间轮上哪个槽client_data *user_data{nullptr};   //客户数据tw_timer *next{nullptr};   //指向下一个定时器tw_timer *prev{nullptr};   //指向前一个定时器};class time_wheel{public:time_wheel();~time_wheel();tw_timer *add_timer(int timeout);   //根据定时值timeout创建一个定时器 插入合适的槽中void del_timer(tw_timer *timer);    //删除目标定时器timervoid tick();                       //SI时间到后，调用该函数 时间轮前滚动一个槽的间隔private:static const int N = 60;  //时间轮上槽的数目static const int SI = 1; //槽间隔1Stw_timer *slots[N];    //槽int cur_slot{0}; //当前槽
};time_wheel::time_wheel()
{for(int i = 0; i < N; ++i)slots[i] = nullptr;
}time_wheel::~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];}}
}//创建定时器
tw_timer* time_wheel::add_timer(int timeout)
{if(timeout < 0)return nullptr;int ticks = 0;//根据插入定时器的超时值计算它将在时间轮多少个滴答后被触发//并将该滴答数存于ticks中if(timeout < SI)ticks = 1;elseticks = timeout / SI;//计算多少圈后被触发int rotation = ticks / N;//计算插入哪个槽中int ts = (cur_slot + (ticks % N)) % N;//创建定时器 在时间轮转动rotation 圈后触发  且位于第ts个槽上 tw_timer *timer = new tw_timer(rotation, ts);if(!slots[ts]){std::cout << "add timer, rotation is " << rotation << " , ts is " << ts << " cur_slot is " << cur_slot << std::endl;slots[ts] = timer;}else{timer->next = slots[ts];slots[ts]->prev = timer;slots[ts] = timer;}return timer;
}//删除目标定时器
void time_wheel::del_timer(tw_timer *timer)
{if(!timer)return;int ts = timer->time_slot;   //在哪个槽上if(timer == slots[ts])   //如果槽中第一个结点是要删除结点{slots[ts] = slots[ts]->next;if(slots[ts])slots[ts]->prev = nullptr;delete timer;}else{timer->prev->next = timer->next;if(timer->next)timer->next->prev = timer->prev;timer->next = nullptr;timer->prev = nullptr;delete timer;}return ;
}//SI时间到后 调用该函数
void time_wheel::tick()
{tw_timer *tmp = slots[cur_slot];  //取得当前槽的头结点std::cout << "Current slot is " << cur_slot << std::endl;while(tmp){std::cout << "tick the timer once" << std::endl;if(tmp->rotation > 0){tmp->rotation--;tmp = tmp->next;}else{tmp->cb_func(tmp->user_data);if(tmp == slots[cur_slot]){std::cout << "delete handle in cur_slot" << std::endl;slots[cur_slot] = tmp->next;delete tmp;if(slots[cur_slot])slots[cur_slot]->prev = nullptr;tmp = slots[cur_slot];}else{tmp->prev->next = tmp->next;if(tmp->next)tmp->next->prev = tmp->prev;tw_timer *tmp2 = tmp->next;delete tmp;tmp = tmp2;}}}cur_slot = ++cur_slot % N;return;
}#endif

服务器测试程序：(epoll)

#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <assert.h>
#include <signal.h>
#include <string.h>
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include "TIME_WHEEL_TIMER.hpp"#define FD_LIMIT 65535
#define MAX_EVENT_NUMBER   1024
#define TIMESLOT  1
static int pipefd[2];
static time_wheel tw;
static int epollfd = 0;//设置非阻塞
int setnonblocking(int fd)
{int old_option = fcntl(fd, F_GETFL);int new_option = old_option | O_NONBLOCK;fcntl(fd, F_SETFL, new_option);return old_option;
}void addfd(int epollfd, int fd)
{struct epoll_event event;event.data.fd = fd;event.events = EPOLLIN | EPOLLET;   //ET模式epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &event);   //添加到事件列表setnonblocking(fd);   //设置非阻塞return ;
}void sig_handler(int sig)
{int save_errno = errno;int msg = sig;send(pipefd[1], (char*)&msg, 1, 0);errno = save_errno;
}//信号处理
void addsig(int sig)
{struct sigaction sa;(struct sigaction *)memset(&sa, '\0', sizeof(struct sigaction));sa.sa_handler = sig_handler;sa.sa_flags |= SA_RESTART;sigfillset(&sa.sa_mask);assert(sigaction(sig, &sa, NULL) != -1);return ;
}//
void timer_handler()
{tw.tick();alarm(TIMESLOT);
}//回调函数
void cb_func(client_data *user_data)
{epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_DEL, user_data->sockfd, 0);assert(user_data);close(user_data->sockfd);std::cout << "close fd " << user_data->sockfd << std::endl;
}int main(int argc, char **argv)
{if(argc <= 2)   //使用IP port{std::cout << "usage:" << argv[0] << " ipaddr port" << std::endl;return -1;}struct sockaddr_in address;bzero(&address, sizeof(struct sockaddr_in));address.sin_family = AF_INET;inet_pton(AF_INET, argv[1], &address.sin_addr);address.sin_port = htons(atoi(argv[2]));//socketint listenfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);assert(listenfd != -1);int reuse = 1;setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse));//bindint ret = bind(listenfd, (struct sockaddr*)&address, sizeof(struct sockaddr_in));assert(ret != -1);//listenret = listen(listenfd, 5);assert(ret != -1);//事件集合struct epoll_event events[MAX_EVENT_NUMBER];//列表套接字int epollfd = epoll_create(5);assert(epollfd != -1);addfd(epollfd, listenfd);  //添加到事件列表//双向通信ret = socketpair(PF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, pipefd);assert(ret != -1);setnonblocking(pipefd[1]);addfd(epollfd, pipefd[0]);//设置信号处理函数addsig(SIGALRM);addsig(SIGTERM);bool stop_server = false;client_data *users = new client_data[FD_LIMIT];bool timeout = false;alarm(TIMESLOT);    //定时while(!stop_server){int num = epoll_wait(epollfd, events, MAX_EVENT_NUMBER, -1);if(num < 0 && errno != EINTR){std::cout << "epoll failure" << std::endl;break;}for(int i = 0; i < num; ++i){int sockfd = events[i].data.fd;if(sockfd == listenfd)   //新的连接请求{struct sockaddr_in client;socklen_t len = sizeof(struct sockaddr_in);int connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&client, &len);assert(connfd != -1);addfd(epollfd, connfd);users[connfd].address = client;users[connfd].sockfd = connfd;//创建定时器tw_timer *timer = tw.add_timer(5);timer->user_data = &users[connfd];timer->cb_func = cb_func;      //回调函数users[connfd].timer = timer;break;}else if(sockfd == pipefd[0] && events[i].events & EPOLLIN)  //处理信号{int sig;char signals[1024];ret = recv(pipefd[0], signals, sizeof(signals), 0);assert(ret != -1);if(ret == 0)continue;else{for(int i = 0; i < ret; ++i)switch(signals[i]){case SIGALRM:timeout = true; //有定时任务需要处理break;case SIGTERM:stop_server = true;}}}else if(events[i].events & EPOLLIN)  //处理客户连接上接收的数据{memset(users[sockfd].buf, '\0', BUFFER_SIZE);ret = recv(sockfd, users[sockfd].buf, BUFFER_SIZE - 1, 0);std::cout << "get " << ret << " bytes os client data " << users[sockfd].buf << " from " << sockfd << std::endl;tw_timer *timer = users[sockfd].timer;if(ret < 0)          //删除定时器  关闭描述符{if(errno != EAGAIN){cb_func(&users[sockfd]);if(timer)tw.del_timer(timer);}}else if(ret == 0){cb_func(&users[sockfd]);if(timer)tw.del_timer(timer);}else{//调整定时器 延迟关闭if(timer){time_t cur = time(NULL);timer->rotation = 1;std::cout << "adjust timer once" << std::endl;}}}else{;}}if(timeout){timer_handler();timeout = false;}}close(listenfd);close(pipefd[1]);close(pipefd[0]);delete []users;return 0;
}

客户端可使用telnet测试。

高性能定时器-------时间轮相关推荐

高性能定时器--时间轮/多级时间轮
运行原理指针指向轮子上的一个槽,轮子以恒定的速度顺时针转动,每转动一步就指向下一个槽(虚线指针指向的槽),每次转动称为一个tick,一个tick的时间称为时间轮的槽间隔slot interval,即 ...
游戏后台之高效定时器-时间轮
高性能定时器定时器的结构有多钟比如链表式,最小堆,时间轮的在不同应用场景下使用哪种需要考虑效率和复杂度这次我么那先先讲讲时间轮定时器,在linux内核里这种结构的定时器大量使用. 1.升序链表定 ...
心跳与超时：高并发高性能的时间轮超时器
在许多业务场景中,我们都会碰到延迟任务,定时任务这种需求.特别的,在网络连接的场景中,常常会出现一些超时控制.由于服务端的连接数量很大,这些超时任务的数量往往也是很庞大的.实现对大量任务的超时管理并不 ...
时间轮和时间堆管理定时器
高性能定时器时间轮由于排序链表定时器容器有这样一个问题:添加定时器的效率偏低.而即将介绍的时间轮则解决了这个问题.一种简单的时间轮如下所示. 如图所示的时间轮内,指针指向轮子上的一个slot(槽) ...
Linux网络编程 | 高性能定时器：时间轮、时间堆
文章目录时间轮时间堆在上一篇博客中我实现了一个基于排序链表的定时器容器,但是其存在一个缺点--随着定时器越来越多,添加定时器的效率也会越来越低. 而下面的两个高效定时器--时间轮.时间堆,会完美 ...
时间轮（史上最全）
缓存之王 Caffeine 中,涉及到100w级.1000W级.甚至亿级元素的过期问题,如何进行高性能的定时调度,是一个难题. 注: 本文从对海量调度任务场景中, 高性能的时间轮算法, 做了一个 ...
高性能定时器2——红黑树实现
在网络程序中我们通常要处理三种事件,网络I/O事件.信号以及定时事件,我们可以使用I/O复用系统调用(select.poll.epoll)将这三类事件进行统一处理.我们通常使用定时器来检测一个客户 ...
如何快速实现分布式定时器丨红黑树|跳表|堆|时间轮|缓存|锁|事务|架构|高性能|消息队列丨C/C++Linux服务器开发丨C++后端开发
如何快速实现分布式定时器视频讲解如下,点击观看: 如何快速实现分布式定时器丨红黑树|跳表|堆|时间轮|缓存|锁|事务|架构|高性能|消息队列丨C/C++Linux服务器开发丨C++后端开发丨中间件 ...
网络编程高性能定时器数据结构分析 | 时间轮红黑树定时器性能分析 | 为什么要做用户态定时器
为什么要用户态的定时器? 首先是为什么要做定时器,定时器的主要说的是我们的应用(业务?功能?总之有这个需求)要做一个定时的任务.其实如果不想为什么,好像是理所当然的.我写这个的时候,知乎有一个问题(L ...

高性能定时器-------时间轮

高性能定时器-------时间轮相关推荐

最新文章

热门文章