Netty的Timer管理–開源的魅力

這裏的Timer，是指定時器，現代操做系統，定時器無處不在，以致於有些將linux kernel的書，都須要單獨列出一章，來將linux是如何管理這些定時器的。管理定時器其實主要的步驟有如下3步：
1.生成定時器（這裏面最終要的是給予定時器其到期時間以及到期後要產生的動做）
2.將定時器放入一個數據結構中，以便系統可以定時的掃描檢查這些定時器是否到期，是否須要觸發
3.按期檢查定時器是否到期

通常可以想到的最直觀的實現定時器的辦法，就是在定時器裏插入一個絕對時間，而後將定時器放入一個鏈表，每次輪詢時，將該鏈表總體輪詢一遍，從而檢查有哪些定時器到期了。那麼這樣的時間複雜度爲：插入定時器 o(1); 每次輪詢o（n）.

如今的linux內核中，對timer的管理實際上是根據timer離當前時間的遠近，將其存放到不一樣的雙向隊列數組中，每一個隊列數組長度同樣，好比都是2的8次方；（具體是2的幾回方，這個還要依賴其餘條件，這裏只是舉個例子）間隔時間小於2的8次方的，存放在第一個雙向隊列數組裏；間隔時間大於等於2的8次方但小於2的16次方的，則存放在第二個雙向隊列數組裏，以此類推；
而後每一個2的8次方個週期，對上面的雙向隊列數組進行從新安排，好比這個時候，須要將第二個數組裏的有些隊列移動到地一個數組裏。這樣在實現時，插入定時器o（1），其只須要計算該timer的時間和當前時間的關係，從而計算出應該將其放置第幾個數組的第幾個雙向隊列上（同一個數組的某個雙向對列上，存放的都是時間同樣的timer）便可（基本上是最簡單而直接的hash算法）；插入定時器o(1),平時輪詢時，只要取最近的那個數組裏的對應timer便可，時間複雜度爲o(1)，每隔指定的週期後（好比2的8次方個週期後）論詢一次，這個時候由於要對全部的現存的timer進行調整，最壞時間複雜度是o(n).

而Netty中的Timer管理，則是使用了所謂的Hashed Wheel模式，在數據結構上，其有一個循環數組，這個循環數組有n個bucket(假設爲8)，能夠用來存放Timer鏈表；Hash Wheel裏有2個週期，一個週期是單次輪詢的週期，假設爲100個Tick；第二個週期是輪詢完數組的週期，那麼其大小爲n＊Tick（8＊100就爲800），假設叫round 週期；那麼在每次插入一個timer時，會根據timer的觸發時間，計算出其應該存放在哪一個bucket的鏈表中（好比timer距離當前週期爲2550tick，那麼該Timer就會放在(2550％(n*100Tick))/100Tick=2,這裏取celling），在timer插入到bucket中的同時，按照這種算法，相隔round週期整數倍的Timer會存放在相同的bucket的鏈表中，爲了區分round週期，因此每一個timer在存放時，還會有一個數值用來村放其距離當前時間還剩多少個round週期（剛纔的例子round爲3）。當timer插入後，這樣輪詢的時候就比較方便，輪詢時，會有一個cursor，每隔一個週期就加一，論詢時該cursor指向數組的哪一個bucket，就檢查該bucket中的全部timer，主要是檢查該timer的round週期是否爲0，若是不是0，則將其值減1，而後將其歸還（cursor不斷增長，當cursor下次指向該bucket時，通過的時間爲一個round週期）。而若是round週期已經爲0了，則說明該timer須要被觸發了，從而觸發該timer。這樣計算時間複雜度的話，插入的時候，其時間複雜度爲o(1),而在輪詢的時候，其時間複雜度也可理解爲o(1).

Hashed Wheel Timing原理圖

比較一下linux內核裏的timer管理和netty的timer管理，會發現，若是管理的timer的觸發時間都距離當前時間比較近，那麼linux和netty的效率應該都差很少（linux這個時候，當間隔的大週期發生的時候，也基本不用調整數組，從而不會發生時間複雜度爲o(n)的操做）。而若是管理了較多的距離當前時間很長的timer（此時的linux，會在除了第一個數組外的其餘數組裏也要存放timer；而netty中，則會在每一個bucket的鏈表中，存放較多的round週期大於0的timer），那麼這個時候，linux平時輪詢時，;處理的都是確實須要被觸發的timer，而netty，極可能會碰到不少不要觸發的timer，而後把這些timer的round週期減一，這種狀況下，對於平時的輪詢，linux是要優於netty；而當碰到大週期時，linux的耗時會超過netty。至關與在這種情形下，netty是把對長時間timer的處理分散在每次輪詢中，而linux則是把它集中在一個週期裏來作。linux的這種作法，在通常的情景下應該是ok的，可是在realtime os的狀況下，應該是有問題的。

相比較與公司本身實現的一個二方庫，裏面其實也須要用到超時機制，可是實現起來就是很直觀，這也沒有辦法，畢竟你們都時間有限，有的時候仍是以快速實現業務爲主，沒有太多時間把一些技術點考慮的很深遠，可是這個時候咱們仍是能夠借鑑一下開源軟件中的相似解決方案，拿來爲己所用。開源軟件可以聚集互聯網上不少人的智慧，這多是不少公司的技術力量都不可以比擬的，這可能也就是開源的魅力所在。