很多程序都需要處理一系列定時事件,一個Timer程序就是實現定時事件集合的管理。
每個timer事件項一般包括超時值(delay), 標識(key)和回調函數,Timer程序的作用就是實現插入,刪除,更新和調用。
方法1. 鏈表
最簡單的實現是有序鏈表。list_head保存到當前時間的剩余時間remain_time,后一節點保存與前一節點的超時時間的差(而不是到當前時間的差)。
更新:每次tick update時,只需要更新鏈表頭節點remain_time,如果remain_time <= 0, 調用函數,刪除該頭節點,然后更新后一個節點的remain_time,如此類推直到頭結點remain_time > 0或鏈表為空. O(1)
插入:相當于插入排序。有序插入到適當位置,更新后一個節點的remain_time.
刪除:遍歷鏈表搜索,刪除節點,更新后一個節點的remain_time.
例子:live555流媒體服務器
方法2. 最小堆(優先隊列)
方法與鏈表類似,插入/刪除效率從O(n)變為O(lgN)
libevent中有min-heap實現一個優先隊列,根節點是最先觸發的超時時間, 與方法1一樣,只需更新根節點。根節點超時后,調整堆即可
方法3. Hash或分級
根據超時值的范圍(比如CPU的流逝ticks)進行hash,hash后每個bucket實現方法1所示的鏈表. 較方法1減少了搜索次數
例子:MudOS定時器
方法4. 分級hash
這是linux內核timer的實現方法,值得參考。見文獻[1]
方法:假設定時值以tick為單位,每tick更新timer一次。
定時值范圍為0 ~ 2^32個tick(32個bit), 則把他分成4級,每級做一個hash, 每個則有256個bucket (剛好8bit)
000000000 00000000 00000000 00000000
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A B C D
插入:算出 tick_trig = delay + 當前tick, mask = tick_trig & 0xFF000000,
如果mask不等于0,在A hash表插入timer項, 否則進入下一級,mask = tick_trig & 0x00FF0000, 插入B hash表,如此類推。
更新:每次tick++, 先檢查D hash表(最低8位的與操作)有無timer項,如果有,執行函數并刪除。
如果tick滿255進位, 則檢查C hash表中對應位置有否timer項,如果有,重新插入(此處的timer項必定會插入D hash表中),如此類推
這樣,插入,更新,刪除都做到O(1)了
疑惑:這個方法用于內核級程序。對于用戶級程序,每次update的間隔不恒定(即每次tick不一定是+1),這時需要掃描tick之前的幾個bucket了
參考文獻
[1] George Varghese
, Tony Lauck. Hashed and
Hierarchical Timing Wheels:
Efficient Data Structures for Implementing a Timer Facility
(1996)
[2] libevent 源碼
[3] <understanding linux kernel 3rd ed>
[4] MudOS 源碼