定时器作用及实现定时器数据结构选取介绍2

Skynet定时器实现方案

skynet中定时器数据结构

采用时间轮方式，hash表+链表实现，

struct timer_node {  //时间节点
 struct timer_node *next;
    uint32_t expire; //到期滴答数
};
struct link_list {  // 链表
  struct timer_node head;
  struct timer_node *tail;
};
struct timer {
 struct link_list near[256];  // 即将到来的定时器
    struct link_list t[4][64]; // 相对较遥远的定时器
    struct spinlock lock;
    uint32_t time;  // 记录当前滴答数
    uint64_t starttime;
    uint64_t current;
    uint64_t current_point;
};

其中time为32位无符号整数， 记录时间片对应数组near[256] ，表示即将到来的定时任务， t[4][64]，表示较为遥远的定时任务。

定时器执行流程

skynet_time_wheel

t[3]	t[2]	t[1]	t[0]	near
26-32位	20-26位	14-20位	8-14位	0-8位
[2^(8+6x3),2^(8+6x4)-1]	[2^(8+6x2),2^(8+6x3)-1]	[2^(8+6),2^(8+6x2)-1]	[2^8,2^(8+6) -1]	[0,2^8-1]

• 首先检查节点的expire与time的高24位是否相等，相等则将该节点添加到expire低8位值对应数组near的元素的链表中，不相等则进行下一步
• 检查expire与time的高18位是否相等，相等则将该节点添加到expire低第9位到第14位对应的6位二进制值对应数组t[0]的元素的链表中，否则进行下一步
• 检查expire与time的高12位是否相等，相等则将该节点添加到expire低第15位到第20位对应的6位二进制值对应数组t[1]的元素的链表中，如果不相等则进行下一步
• 检查expire与time的高6位是否相等，相等则将该节点添加到expire低第21位到第26位对应的6位二进制值对应数组t[2]的元素的链表中，如果不相等则进行下一步
• 将该节点添加到expire低第27位到第32位对应的6位二进制值对应数组t[3]的元素的链表中

以下为具体实现，仅贴出主要接口，具体细节请参考skynet源代码。

定时器初始化

// skynet_start.c
// skynet 启动入口
void
skynet_start(struct skynet_config * config) {
    ...
    skynet_timer_init();
    ...
}
// skynet_timer.c
void
skynet_timer_init(void) {
    // 创建全局timer结构 TI
    TI  = timer_create_timer();
    uint32_t current = 0;
    systime(&TI->starttime, ¤t);
    TI->current = current;
    TI->current_point = gettime();
}

添加定时器

通过skynet_server.c中的cmd_timeout调用skynet_timeout添加新的定时器

// TI为全局的定时器指针
static struct timer * TI = NULL; 
int skynet_timeout(uint32_t handle, int time, int session) {
    ...
    struct timer_event event;
    event.handle = handle;  // callback
    eveng.session = session;
    // 添加新的定时器节点
    timer_add(TI, &event, sizeof(event), time);
    return session;
}
// 添加新的定时器节点
static void timer_add(struct timer *T, void 8arg, size_t sz, int time) {
    // 给timer_node指针分配空间，还需要分配timer_node + timer_event大小的空间，
    // 之后通过node + 1可获得timer_event数据
    struct timer_node *node = (struct timer_node *)skynet_malloc(sizeof(*node)+sz);
    memcpy(node+1,arg,sz);
    SPIN_LOCK(T);
    node->expire=time+T->time;
    add_node(T, node);
    SPIN_UNLOCK(T);
}

// 添加到定时器链表里，如果定时器的到期滴答数跟当前比较近(<2^8)，表示即将触发定时器添加到T->near数组里
// 否则根据差值大小添加到对应的T->T[i]中
static void add_node(struct timer *T, struct timer_node *node) {
    ...
}

驱动方式

skynet启动时，会创建一个线程专门跑定时器，每帧(0.0025s)调用skynet_updatetime()

// skynet_start.c
static void * 
thread_timer(void *p) {
    struct monitor * m = p;
    skynet_initthread(THREAD_TIMER);
    for (;;) {
        skynet_updatetime();  // 调用timer_update
        skynet_socket_updatetime();
        CHECK_ABORT
        wakeup(m,m->count-1);
        usleep(2500);  // 2500微秒 = 0.0025s
        if (SIG) {
            signal_hup();
            SIG = 0;
        }
    }
    ...
}

每个定时器设置一个到期滴答数，与当前系统的滴答数(启动时为0，1滴答1滴答往后跳，1滴答==0.01s ) 比较得到差值interval;

如果interval比较小(0 <= interval <= 2^8-1)，表示定时器即将到来，保存在第一部分前2^8个定时器链表中；否则找到属于第二部分对用的层级中。

// skynet_timer.c
void 
skynet_updatetime(void) {
    ...
    uint32_t diff = (uint32_t)(cp - TI->current_point); 
    TI->current_point = cp;
    TI->current += diff;
    // diff单位为0.01s
    for (i = 0; i < diff; i++){
        timer_update(TI);        
    }
}
static void
timer_update(struct timer *T) {
    SPIN_LOCK(T);
    timer_execute(T); // 检查T->near是否位空，有就处理到期定时器
    timer_shift(T);  // 时间片time++，移动高24位的链表
    timer_execute(T);
    SPIN_UNLOCK(T);
}
// 每帧从T->near中触发到期得定时器
static inline void
timer_execute(struct timer *T) {
  ...
}
// 遍历处理定时器链表中所有的定时器
static inline void
dispatch_list(struct timer_node *current) {
    ...
}
// 将高24位对应的4个6位的数组中的各个元素的链表往低位移
static void
timer_shift(struct timer *T) {
    ...
}
// 将level层的idx位置的定时器链表从当前位置删除，并重新add_node
static void move_list(struct timer *T, int level, int idx) {

}

最小堆实现定时器

最小堆实现例子：boost.asio采用二叉树，go采用四叉树， libuv

具体实现略。

总结

本文主要介绍定时器作用，实现定时器数据结构选取，并详细介绍了跳表，红黑树，时间轮实现定时器的思路和方法。

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