定时器实现

定时器

目的

• 处理某些延后处理事件
• 常用于并发网络编程

实现方案

• 数据结构：红黑树、时间轮、最小堆
• 检测机制：timerfd(将定时器作为事件使用epoll)

定时器结点

struct TimerNodeBase {
  time_t expire; // 触发时间;
  uint64_t id;
};
struct TimerNode : public TimerNodeBase {
  using Callback = std::function<void(const TimerNode &node)>;
  TimerNode(uint64_t id, time_t expire, Callback func) : func(std::move(func)) {
    this->expire = expire;
    this->id = id;
  }
  Callback func;
};

定时器结构

class Timer {
public:
      // 返回当前时间
  static inline time_t GetTick() {
    return std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(
               std::chrono::steady_clock::now().time_since_epoch())
        .count();
  }
private:
  static inline uint64_t GenGID() { return gid++; }
  static uint64_t gid;
  std::set<TimerNode, std::less<>> timeouts; // 内部使用红黑树
};

对外接口

• AddTimeout：增加定时器设置超时时间和触发函数
• DelTimeout：删除定时器
• UpdateTimeout：使用timefd_settime检测是否有定时器到期
• HandleTimer：执行到期任务，遍历所有符合条件的Timer

TimerNodeBase AddTimeout(int msec, TimerNode::Callback func) {
  time_t expire = GetTick() + msec;
  // TODO：某些情况下可以实现插入O(1)，使用emplace_hint(iterator)
  auto pairs = timeouts.emplace(GenGID(), expire, std::move(func));
  return static_cast<TimerNodeBase>(*pairs.first);
}

void DelTimeout(TimerNodeBase &node) {
  auto iter = timeouts.find(node); // c++14等效key
  if (iter != timeouts.end()) {
    timeouts.erase(iter);
  }
}

// 检测到期任务
void UpdateTimerfd(const int fd) {
  struct timespec abstime;
  auto iter = timeouts.begin(); // 整个树中最小值
  if (iter != timeouts.end()) {
    abstime.tv_sec = iter->expire / 1000;
    abstime.tv_nsec = (iter->expire % 1000) * 1000000;
  } else {
    abstime.tv_sec = 0;
    abstime.tv_nsec = 0;
  }
  struct itimerspec its = {
      .it_interval = {},
      .it_value = abstime,
  };

  timerfd_settime(fd, TFD_TIMER_ABSTIME, &its, nullptr);
}

// 执行到期任务
void HandleTimer(time_t now) {
  auto iter = timeouts.begin();
  while (iter != timeouts.end() && iter->expire <= now) {
    iter->func(*iter);
    iter = timeouts.erase(iter);
  }
}