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。
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:
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。文章来源:https://www.toymoban.com/news/detail-500511.html
- 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
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