定时器的实现数据结构选择

在后端的开发中，定时器有很广泛的应用。

比如：

心跳检测

倒计时

游戏开发的技能冷却

redis的键值的有效期等等，都会使用到定时器。

定时器的实现数据结构选择

红黑树

对于增删查，时间复杂度为O(logn)，对于红黑树最⼩节点为最左侧节点，时间复杂度O(logn)

最小堆

对于增查，时间复杂度为O(logn)，对于删时间复杂度为O(n)，但是可以通过辅助数据结构（ map 或者hashtable来快速索引节点）来加快删除操作；对于最⼩节点为根节点，时间复杂度为O(1)

跳表

对于增删查，时间复杂度为O(logn)，对于跳表最⼩节点为最左侧节点，时间复杂度为O(1)，但是空间复杂度⽐较⾼，为O(1.5n)

时间轮

对于增删查，时间复杂度为O(1)，查找最⼩节点也为O(1)

libco的使用了时间轮的实现

首先，时间轮有几个结构，必须理清他们的关系。

struct stTimeoutItem_t
{
	enum { eMaxTimeout = 40 * 1000 };	// 40s
	stTimeoutItem_t* pPrev;				// 前
	stTimeoutItem_t* pNext;				// 后
	stTimeoutItemLink_t* pLink;			// 链表，没有用到，写这里有毛用

	OnPreparePfn_t pfnPrepare;			// 不是超时的事件的处理函数
	OnProcessPfn_t pfnProcess;			// resume协程回调函数

	void* pArg;							// routine 协程对象指针
	bool bTimeout;						// 是否超时
	unsigned long long ullExpireTime;	// 到期时间
};

struct stPoll_t;
struct stPollItem_t : public stTimeoutItem_t
{
	struct pollfd* pSelf;			// 对应的poll结构
	stPoll_t* pPoll;				// 所属的stPoll_t
	struct epoll_event stEvent;		// epoll事件，poll转换过来的
};

// co_poll_inner 创建，管理这多个stPollItem_t
struct stPoll_t : public stTimeoutItem_t
{
	struct pollfd* fds;				// poll 的fd集合
	nfds_t nfds;					// poll 事件个数
	stPollItem_t* pPollItems;		// 要加入epoll 事件
	int iAllEventDetach;			// 如果处理过该对象的子项目pPollItems，赋值为1
	int iEpollFd;					// epoll fd句柄
	int iRaiseCnt;					// 此次触发的事件数
};

我把这几个结构拉一起了，

其中，能看出，stCoEpool_t管理了这一切

// TimeoutItem的链表
struct stTimeoutItemLink_t
{
	stTimeoutItem_t* head;
	stTimeoutItem_t* tail;
};

// TimeOut 
struct stTimeout_t	// 时间伦
{
	stTimeoutItemLink_t* pItems;	// 时间轮链表，开始初始化分配只一圈的长度，后续直接使用
	int iItemSize;					// 超时链表中一圈的tick 60*1000
	unsigned long long ullStart;	// 时间轮开始时间，会一直变化
	long long llStartIdx;			// 时间轮开始的下标，会一直变化
};

// epoll 结构
struct stCoEpoll_t
{
	int iEpollFd;
	static const int _EPOLL_SIZE = 1024 * 10;
	struct stTimeout_t* pTimeout;					// epoll 存着时间轮
	struct stTimeoutItemLink_t* pstTimeoutList;		// 超时事件链表
	struct stTimeoutItemLink_t* pstActiveList;		// 用于signal时会插入
	co_epoll_res* result;
};

也就是说，一个协程，就有一个，在co_init_curr_thread_env 中创建

它管理着超时链表，信号事件链表

其中的pTimeout，就是时间轮，也就是一个数组，这个数组的大小位60*1000

stTimeout_t *AllocTimeout( int iSize )
{
	stTimeout_t *lp = (stTimeout_t*)calloc( 1,sizeof(stTimeout_t) );
	lp- >iItemSize = iSize;
	// 注意这里先把item分配好了，后续直接使用
	lp- >pItems = (stTimeoutItemLink_t*)calloc( 1, sizeof(stTimeoutItemLink_t) * lp- >iItemSize );
	lp- >ullStart = GetTickMS();
	lp- >llStartIdx = 0;
	return lp;
}

这就是分配的时间轮的方法，首先指定了下标时间等信息，根据结构注释应该不难懂

// apTimeout：时间轮
// apItem: 某一个定时item
// allNow：当前的时间
// 函数目的，将超时项apItem加入到apTimeout
int AddTimeout( stTimeout_t *apTimeout, stTimeoutItem_t *apItem ,unsigned long long allNow )
{
// 这个判断有点多余，start正常已经分配了
if( apTimeout->ullStart == 0 )
{
apTimeout->ullStart = allNow;
apTimeout->llStartIdx = 0;
}
// 当前时间也不大可能比前面的时间大
if( allNow < apTimeout->ullStart )
{
co_log_err("CO_ERR: AddTimeout line %d allNow %llu apTimeout->ullStart %llu",
LINE ,allNow,apTimeout->ullStart);

return __LINE__;
}
if( apItem- >ullExpireTime < allNow )
{
	co_log_err("CO_ERR: AddTimeout line %d apItem- >ullExpireTime %llu allNow %llu apTimeout- >ullStart %llu",
				__LINE__,apItem- >ullExpireTime,allNow,apTimeout- >ullStart);

	return __LINE__;
}
// 到期时间到start的时间差
unsigned long long diff = apItem- >ullExpireTime - apTimeout- >ullStart;
// itemsize 实际上是毫秒数，如果超出了，说明设置的超时时间过长
if( diff >= (unsigned long long)apTimeout- >iItemSize )
{
	diff = apTimeout- >iItemSize - 1;
	co_log_err("CO_ERR: AddTimeout line %d diff %d",
				__LINE__,diff);

	//return __LINE__;
}
// 将apItem加到末尾
AddTail( apTimeout- >pItems + ( apTimeout- >llStartIdx + diff ) % apTimeout- >iItemSize , apItem );

return 0;

}

其实，这里有个概念，stTimeoutItemLink_t 与stTimeoutItem_t，也就是说，stTimeout_t里面管理的时60*1000个链表，而每个链表有一个或者多个stTimeoutItem_t，下面这个函数，就是把节点Item加入到链表的方法。

template
void inline AddTail(TLink*apLink, TNode ap)
{
if( ap->pLink )
{
return ;
}
if(apLink->tail)
{
apLink->tail->pNext = (TNode )ap;
ap->pNext = NULL;
ap->pPrev = apLink->tail;
apLink->tail = ap;
}
else
{
apLink->head = apLink->tail = ap;
ap->pNext = ap->pPrev = NULL;
}
ap->pLink = apLink;
}

![图片](//file1.elecfans.com/web2/M00/AD/ED/wKgaomVRwIaAdU0AAADdUXMLTLQ483.jpg)

到这里，基本把一个超时事件添加到时间轮中了，这时就应该切换协程了co_yield_env

int ret = AddTimeout( ctx->pTimeout, &arg, now );
int iRaiseCnt = 0;
if( ret != 0 )
{
co_log_err("CO_ERR: AddTimeout ret %d now %lld timeout %d arg.ullExpireTime %lld",
ret,now,timeout,arg.ullExpireTime);
errno = EINVAL;
iRaiseCnt = -1;
}
else
{
co_yield_env( co_get_curr_thread_env() );
iRaiseCnt = arg.iRaiseCnt;
}

接下来，看怎么检测超时事件co_eventloop

for(;;)
{
// 等待事件或超时1ms
int ret = co_epoll_wait( ctx->iEpollFd,result,stCoEpoll_t::_EPOLL_SIZE, 1 );

//  遍历所有ret事件处理
	for(int i=0;i< ret;i++)
	{
		pfnPrepare(xxx)
	}

	// 取出所有的超时时间item，设置为超时
	TakeAllTimeout( ctx- >pTimeout, now, plsTimeout );
	stTimeoutItem_t *lp = plsTimeout- >head;
	while( lp )
	{
		lp- >bTimeout = true;
		lp = lp- >pNext;
	}

	// 将超时链表plsTimeout加入到plsActive
	Join< stTimeoutItem_t, stTimeoutItemLink_t >( plsActive, plsTimeout );
	lp = plsActive- >head;
	while( lp )
	{
        // 弹出链表头，处理超时事件
		PopHead< stTimeoutItem_t,stTimeoutItemLink_t >( plsActive );
        if (lp- >bTimeout && now < lp- >ullExpireTime) 
		{
			int ret = AddTimeout(ctx- >pTimeout, lp, now);
			if (!ret) 
			{
				lp- >bTimeout = false;
				lp = plsActive- >head;
				continue;
			}
		}
        // 只有stPool_t 才需要切协程，要切回去了
		if( lp- >pfnProcess )
		{
			lp- >pfnProcess( lp );
		}
		lp = plsActive- >head;
	}

	// 如果传入该函数指针，则可以控制event_loop 退出
	if( pfn )
	{
		if( -1 == pfn( arg ) )
		{
			break;
		}
	}
}

其中包括了定时事件处理，协程切换，主协程退出等操作。如果设置了主协程退出函数，则主协程可以正常的退出。