定时器的实现原理

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了定时器的实现原理。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

1.定时器的作用?

定时器的主要用途是执行定时任务。

定时任务在很多场景都需要用到,比如游戏的 Buff 实现,Redis 中的过期任务,Linux 中的定时任务,电商未支付订单的关闭等等。

2.数据结构要求

定时器需要支持如下几个操作:

  • 创建定时器
  • 添加定时任务
  • 取消定时任务
  • 执行到期任务(查找)

以下为常见实现定时器数据结构的时间复杂度:

  • 有序链表:插入O(n),删除 O(1),过期 expire 执行 O(1)
  • 最小堆:插入O(logn),删除 O(logn),过期 expire 执行 O(1)
  • 红黑树:插入O(logn),删除 O(logn),过期 expire 执行 O(logn)
  • 哈希表+链表(时间轮):插入 O(1),删除 O(1),过期 expire 平均执行 O(1)(最坏为O(n))

不同开源框架定时器实现方式不一,如 libuv 采用最小堆,nginx 采用红黑树,linux 内核和 skynet 采用时间轮算法等等。

3.时间轮

一个时间轮是一个环形结构,可以想象成时钟,分为很多格子,一个格子代表一段时间(越短 Timer 精度越高),并用一个 List 保存在该格子上到期要执行的所有任务。同时一个指针随着时间流逝一格一格移动,并执行对应 List 中所有到期的任务。任务通过取模决定应该放入哪个格子。
定时器的实现原理

以上图为例,假设一个格子是1秒,则整个 wheel 能表示的时间段为 8s。

假如当前指针指向 0。

此时需要调度一个 3s 后执行的任务,显然应该加入到(0+3=3)的方格中,指针再走3次就可以执行了。

如果任务要在10s后执行,应该等指针走完一个 round 零 2 格再执行,因此应放入2并将 round 标记为 2 表示第二轮时执行。

4.分级时间轮

如果任务的时间跨度很大,数量也多,传统的时间轮会造成任务的 round 很大,单个格子的任务 List 很长,并会维持很长一段时间。

这时可将 Wheel 按时间粒度分级:

定时器的实现原理

这种方式的优点在于能够保证任务链表的长度一直在比较短的状态,但缺点是需要更多的空间。

5.业界实现方案

业界对于定时器/延迟队列的工程实践,则通常使用以下几种方案。

  • 基于 Redis ZSet 实现。
  • 采用某些自带延迟选项的队列实现,如 RabbitMQ、Beanstalkd、腾讯 TDMQ 等。
  • 基于 Timing-Wheel 时间轮算法实现。

参考文献

如何快速实现一个定时器?- InfoQ文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-500511.html

到了这里,关于定时器的实现原理的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

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