【服务器学习】timer定时器模块

timer定时器模块

以下是从sylar服务器中学的，对其的复习；
参考资料

定时器概述

通过定时器可以实现给服务器注册定时事件，这是服务器上经常要处理的一类事件，比如3秒后关闭一个连接，或是定期检测一个客户端的连接状态。

定时事件依赖于Linux提供的定时机制，它是驱动定时事件的原动力，目前Linux提供了以下几种可供程序利用的定时机制：

alarm()或setitimer()，这俩的本质都是先设置一个超时时间，然后等SIGALARM信号触发，通过捕获信号来判断超时
套接字超时选项，对应SO_RECVTIMEO和SO_SNDTIMEO，通过errno来判断超时
多路复用超时参数，select/poll/epoll都支持设置超时参数，通过判断返回值为0来判断超时
timer_create系统接口，实质也是借助信号，参考man 2 timer_create
timerfd_create系列接口，通过判断文件描述符可读来判断超时，可配合IO多路复用

sylar使用时间堆的方式管理定时器

每次都取出所有定时器中超时时间最小的超时值作为一个tick，这样，一旦tick触发，超时时间最小的定时器必然到期。处理完已超时的定时器后，再从剩余的定时器中找出超时时间最小的一个，并将这个最小时间作为下一个tick，如此反复，就可以实现较为精确的定时。

最小堆很适合处理这种定时方案，将所有定时器按最小堆来组织，可以很方便地获取到当前的最小超时时间，sylar采取的即是这种方案。

sylar定时器设计

sylar的定时器采用最小堆设计，所有定时器根据绝对的超时时间点进行排序，每次取出离当前时间最近的一个超时时间点，计算出超时需要等待的时间，然后等待超时。超时时间到后，获取当前的绝对时间点，然后把最小堆里超时时间点小于这个时间点的定时器都收集起来，执行它们的回调函数。

关于定时器和IO协程调度器的整合。IO协程调度器的idle协程会在调度器空闲时阻塞在epoll_wait上，等待IO事件发生。在之前的代码里，epoll_wait具有固定的超时时间，这个值是5秒钟。加入定时器功能后，epoll_wait的超时时间改用当前定时器的最小超时时间来代替。epoll_wait返回后，根据当前的绝对时间把已超时的所有定时器收集起来，执行它们的回调函数。

由于epoll_wait的返回并不一定是超时引起的，也有可能是IO事件唤醒的，所以在epoll_wait返回后不能想当然地假设定时器已经超时了，而是要再判断一下定时器有没有超时，这时绝对时间的好处就体现出来了，通过比较当前的绝对时间和定时器的绝对超时时间，就可以确定一个定时器到底有没有超时。

sylar定时器实现

sylar的定时器对应Timer类，这个类的成员变量包括定时器的绝对超时时间点，是否重复执行，回调函数，以及一个指向TimerManager的指针，提供cancel/reset/refresh方法用于操作定时器。构造Timer时可以传入超时时间，也可以直接传入一个绝对时间。Timer的构造函数被定义成私有方式，只能通过TimerManager类来创建Timer对象。除此外，Timer类还提供了一个仿函数Comparator，用于比较两个Timer对象，比较的依据是绝对超时时间。

cpp 复制代码

class TimerManager;
/**
 * @brief 定时器
 */
class Timer : public std::enable_shared_from_this<Timer> {
friend class TimerManager;
public:
    /// 定时器的智能指针类型
    typedef std::shared_ptr<Timer> ptr;
 
    /**
     * @brief 取消定时器
     */
    bool cancel();
 
    /**
     * @brief 刷新设置定时器的执行时间
     */
    bool refresh();
 
    /**
     * @brief 重置定时器时间
     * @param[in] ms 定时器执行间隔时间(毫秒)
     * @param[in] from_now 是否从当前时间开始计算
     */
    bool reset(uint64_t ms, bool from_now);
private:
    /**
     * @brief 构造函数
     * @param[in] ms 定时器执行间隔时间
     * @param[in] cb 回调函数
     * @param[in] recurring 是否循环
     * @param[in] manager 定时器管理器
     */
    Timer(uint64_t ms, std::function<void()> cb,
          bool recurring, TimerManager* manager);
    /**
     * @brief 构造函数
     * @param[in] next 执行的时间戳(毫秒)
     */
    Timer(uint64_t next);
private:
    /// 是否循环定时器
    bool m_recurring = false;
    /// 执行周期
    uint64_t m_ms = 0;
    /// 精确的执行时间
    uint64_t m_next = 0;
    /// 回调函数
    std::function<void()> m_cb;
    /// 定时器管理器
    TimerManager* m_manager = nullptr;
private:
    /**
     * @brief 定时器比较仿函数
     */
    struct Comparator {
        /**
         * @brief 比较定时器的智能指针的大小(按执行时间排序)
         * @param[in] lhs 定时器智能指针
         * @param[in] rhs 定时器智能指针
         */
        bool operator()(const Timer::ptr& lhs, const Timer::ptr& rhs) const;
    };
};

所有的Timer对象都由TimerManager类进行管理，TimerManager包含一个std::set类型的Timer集合，这个集合就是定时器的最小堆结构，因为set里的元素总是排序过的，所以总是可以很方便地获取到当前的最小定时器。TimerManager提供创建定时器，获取最近一个定时器的超时时间，以及获取全部已经超时的定时器回调函数的方法，并且提供了一个onTimerInsertedAtFront()方法，这是一个虚函数，由IOManager继承时实现，当新的定时器插入到Timer集合的首部时，TimerManager通过该方法来通知IOManager立刻更新当前的epoll_wait超时。TimerManager还负责检测是否发生了校时，由detectClockRollover方法实现。

cpp 复制代码

/**
 * @brief 定时器管理器
 */
class TimerManager {
friend class Timer;
public:
    /// 读写锁类型
    typedef RWMutex RWMutexType;
 
    /**
     * @brief 构造函数
     */
    TimerManager();
 
    /**
     * @brief 析构函数
     */
    virtual ~TimerManager();
 
    /**
     * @brief 添加定时器
     * @param[in] ms 定时器执行间隔时间
     * @param[in] cb 定时器回调函数
     * @param[in] recurring 是否循环定时器
     */
    Timer::ptr addTimer(uint64_t ms, std::function<void()> cb
                        ,bool recurring = false);
 
    /**
     * @brief 添加条件定时器
     * @param[in] ms 定时器执行间隔时间
     * @param[in] cb 定时器回调函数
     * @param[in] weak_cond 条件
     * @param[in] recurring 是否循环
     */
    Timer::ptr addConditionTimer(uint64_t ms, std::function<void()> cb
                        ,std::weak_ptr<void> weak_cond
                        ,bool recurring = false);
 
    /**
     * @brief 到最近一个定时器执行的时间间隔(毫秒)
     */
    uint64_t getNextTimer();
 
    /**
     * @brief 获取需要执行的定时器的回调函数列表
     * @param[out] cbs 回调函数数组
     */
    void listExpiredCb(std::vector<std::function<void()> >& cbs);
 
    /**
     * @brief 是否有定时器
     */
    bool hasTimer();
protected:
 
    /**
     * @brief 当有新的定时器插入到定时器的首部,执行该函数
     */
    virtual void onTimerInsertedAtFront() = 0;
 
    /**
     * @brief 将定时器添加到管理器中
     */
    void addTimer(Timer::ptr val, RWMutexType::WriteLock& lock);
private:
    /**
     * @brief 检测服务器时间是否被调后了
     */
    bool detectClockRollover(uint64_t now_ms);
private:
    /// Mutex
    RWMutexType m_mutex;
    /// 定时器集合
    std::set<Timer::ptr, Timer::Comparator> m_timers;
    /// 是否触发onTimerInsertedAtFront
    bool m_tickled = false;
    /// 上次执行时间
    uint64_t m_previouseTime = 0;
};

IOManager通过继承的方式获得TimerManager类的所有方法，这种方式相当于给IOManager外挂了一个定时器管理模块。为支持定时器功能，需要重新改造idle协程的实现，epoll_wait应该根据下一个定时器的超时时间来设置超时参数。

cpp 复制代码

class IOManager : public Scheduler, public TimerManager {
...
}
 
void IOManager::idle() {
    SYLAR_LOG_DEBUG(g_logger) << "idle";
 
    // 一次epoll_wait最多检测256个就绪事件，如果就绪事件超过了这个数，那么会在下轮epoll_wati继续处理
    const uint64_t MAX_EVNETS = 256;
    epoll_event *events       = new epoll_event[MAX_EVNETS]();
    std::shared_ptr<epoll_event> shared_events(events, [](epoll_event *ptr) {
        delete[] ptr;
    });
 
    while (true) {
        // 获取下一个定时器的超时时间，顺便判断调度器是否停止
        uint64_t next_timeout = 0;
        if( SYLAR_UNLIKELY(stopping(next_timeout))) {
            SYLAR_LOG_DEBUG(g_logger) << "name=" << getName() << "idle stopping exit";
            break;
        }
 
        // 阻塞在epoll_wait上，等待事件发生或定时器超时
        int rt = 0;
        do{
            // 默认超时时间5秒，如果下一个定时器的超时时间大于5秒，仍以5秒来计算超时，避免定时器超时时间太大时，epoll_wait一直阻塞
            static const int MAX_TIMEOUT = 5000;
            if(next_timeout != ~0ull) {
                next_timeout = std::min((int)next_timeout, MAX_TIMEOUT);
            } else {
                next_timeout = MAX_TIMEOUT;
            }
            rt = epoll_wait(m_epfd, events, MAX_EVNETS, (int)next_timeout);
            if(rt < 0 && errno == EINTR) {
                continue;
            } else {
                break;
            }
        } while(true);
 
        // 收集所有已超时的定时器，执行回调函数
        std::vector<std::function<void()>> cbs;
        listExpiredCb(cbs);
        if(!cbs.empty()) {
            for(const auto &cb : cbs) {
                schedule(cb);
            }
            cbs.clear();
        }
        ...