时间轮定时器-Timewheel

最近有个大牛给我教了时间轮算法，并且看了他实现的源码，认为自己已经理解了他所实现的思想，这里将我的代码和理解分享一下：
时间轮是模仿钟表的方式，秒针走一圈，分针走一格，只有最里圈的任务需要执行，转一圈后分针（外一层）指向下一格，将那一格的节点重新插入，那么就会插入到秒针（最里圈）。

以下方式还有一些不足，我会再做修改：

#ifndef __TIMEWHEEL_H__
#define __TIMEWHEEL_H__
#include "templock.h"//锁的实现文件
#include <time.h>
#include <map>
#include <list>
#define SLOT_LEVEL 4 //时间圈的层数
#define TIME_NEAR  8
#define TIME_LEVEL  6
#define TIME_NEAR_SLOT  (1 << TIME_NEAR) //最里圈执行圈的槽数 1 0000 0000
#define TIME_LEVEL_SLOT  (1 << TIME_LEVEL) //除最里圈外的每圈的桶数 0100 0000
#define TIME_NEAR_MASK  ((1 << TIME_NEAR) - 1) //判断任务是否移动到最里圈的掩码 1111 1111
#define TIME_LEVEL_MASK  ((1 << TIME_LEVEL) - 1) //判断任务放在哪一圈的掩码 0011 1111
// 精度
#define PRECISION  10typedef void(*TimeOutCb)(void*);
typedef void(*CancelCb)(void*);
typedef struct  TimerNode
{unsigned int expireTime;//过期时间TimeOutCb timeOutCb; // 时间节点的回调处理函数CancelCb cancelCb; // 取消删除时间节点void* arg;  // 回调函数的参数int timeNodeId;//定时任务节点的ID，用来删除节点bool isNear; // 是否处在最近int rowNO; // 行，所处圈数int colNO;// 列，所在位置
};
class TimeWheel
{public:TimeWheel(void);
public:~TimeWheel(void);
private:std::list<TimerNode*> nearTimerSlot[TIME_NEAR_SLOT]; //最里面的时间轮槽数，总共256个std::list<TimerNode*> levelTimerSlot[SLOT_LEVEL][TIME_LEVEL_SLOT];  // 后面总共4层，每层都是64个槽unsigned int tick;      // 当前的tickunsigned int startTime; // 开始时间unsigned int currentTime;   //当前时间
private:TempLock timeLock;int timeNodeId; // 时间点的ID号std::map<int, TimerNode*> timeNodeMap; //定时任务节点ID和地址的映射volatile bool stopFlag; //是否停止
public:int  setTimer(unsigned int  milliSeconds, TimeOutCb cb, void* arg, CancelCb cancelCb = NULL);void cancelTimer(int timeNodeId);
private:int  setTimerInnerSafe(unsigned int  milliSeconds, TimeOutCb cb, void* arg, CancelCb cancelCb);void cancelTimerInnerSafe(int timeNodeId);void startTimer();void stopTimer(); // 停止void updateTimer();void deleteNode(TimerNode* timeNode, bool isTimeOut = true);void executeExpireTimeNodeSafe();void InsertTimeNode(TimerNode* newTimeNode);void moveTimeList();void moveTimeNodeSafe(std::list<TimerNode*>& nodeList);TimerNode* createTimeNode(unsigned int  milliSeconds, TimeOutCb timeOutCb, void* arg, CancelCb cancelCb);private:static void runTimer(void* arg);
private:static int gettimeofday(struct timeval* tv, struct timezone* tz);static void InitHighResAbsoluteTime();static long getCentiSeconds();
};#endif

#pragma once
#include <windows.h>
#include <process.h>
#include "TimeWheel.h"
#include <stdio.h>#define DELTA_EPOCH_IN_MICROSECS  11644473600000000Ui64
static VOID(WINAPI *fnGetSystemTimePreciseAsFileTime)(LPFILETIME) = NULL;
struct timezone {int  tz_minuteswest; /* minutes W of Greenwich */int  tz_dsttime;     /* type of dst correction */
};TimeWheel::TimeWheel(void):stopFlag(false)
{startTimer();//构造时就开始轮转时间
}TimeWheel::~TimeWheel(void)
{stopFlag = true;
}void TimeWheel::runTimer(void* arg){TimeWheel* timer = (TimeWheel*)arg;timer->updateTimer();
}
// 初始化所有的数组
void  TimeWheel::startTimer(){timeNodeId = 0;tick = 0;startTime = getCentiSeconds();// 记录开始时间currentTime = startTime; // 记录当前时间_beginthread(runTimer,0,this); //开启一个线程来执行任务检测和执行
}
void TimeWheel::stopTimer() { // 停止stopFlag = true;
}
void TimeWheel::deleteNode(TimerNode* timeNode,bool isTimeOut){if (timeNode->isNear)//判断是否在要执行的圈{nearTimerSlot[timeNode->colNO].remove(timeNode);//对应槽的队列删除这个节点} else {levelTimerSlot[timeNode->rowNO][timeNode->colNO].remove(timeNode);//对应层的对应槽删除这个节点}timeNodeMap.erase(timeNode->timeNodeId); // 从map中删除这个映射delete timeNode;
}void TimeWheel::executeExpireTimeNodeSafe() {timeLock.lock();unsigned int triggeSlot = tick & TIME_NEAR_MASK;//判断当前时间在哪个槽，&11111111std::list<TimerNode*> nodeList = nearTimerSlot[triggeSlot];//取出槽上挂的任务列表nearTimerSlot[triggeSlot].clear();//然后清空该槽上的任务列表，定时任务只执行一次timeLock.unlock();for (auto it = nodeList.begin(); it != nodeList.end();++it)//遍历任务列表{TimerNode* curNode = *it;curNode->timeOutCb(curNode->arg); // 调用回调函数，这里监控的问题timeLock.lock();timeNodeMap.erase(curNode->timeNodeId); // 删除Map中的世界节点，执行过后就不需要记录了timeLock.unlock();delete curNode;//删除该时间节点}
}
void TimeWheel::moveTimeNodeSafe(std::list<TimerNode*>& nodeList ){timeLock.lock();for (auto it = nodeList.begin(); it != nodeList.end();)//遍历槽上的定时任务，重新插入到时间轮中{TimerNode*  moveNode = *it;InsertTimeNode(moveNode); // 重新插入it = nodeList.erase(it++);//将原位置的任务删掉}timeLock.unlock();
}
void TimeWheel::moveTimeList(){unsigned int curTick = ++tick;//当前时间等于tick+1if (curTick == 0){return;}unsigned int mask = 1 << TIME_NEAR; //1 0000 0000unsigned int time = curTick >> TIME_NEAR; // 时间右移8位，// 等于0 表示进位int i = 0;//如果当前时间&上掩码等于0， 那么轮转弯1圈了，需要移动任务列表while((curTick & (mask - 1)/*1111 1111*/) == 0) {       int moveSlot = time & TIME_LEVEL_MASK; //时间&0011 1111,移动的槽的位置if (moveSlot != 0) // 最小为1，{moveTimeNodeSafe(levelTimerSlot[i][moveSlot]);levelTimerSlot[i][moveSlot].clear();break;}time >>= TIME_LEVEL;//时间右移6位，判断下一层mask <<= TIME_LEVEL;//掩码左移6位，判断是哪一圈++i;//层数加1}
}
void TimeWheel::updateTimer(){while (!stopFlag)//判断该定时器是否结束生命周期{int curTime = getCentiSeconds();//获取当前时间int timeVal = curTime - currentTime;//获取当前时间和刚才的时间差currentTime = curTime;//然后记录当前时间for (int i = 0; i < timeVal; i++) //循环时间差的次数{executeExpireTimeNodeSafe();//先执行一次，检查0位槽是否有要执行的任务moveTimeList();//移动时间队列executeExpireTimeNodeSafe();//执行槽上的任务}Sleep(PRECISION);//沉睡10ms，精度差异}
}
//初始化时间节点
TimerNode* TimeWheel::createTimeNode(unsigned int  milliSeconds,TimeOutCb timeOutCb,void* arg,CancelCb cancelCb){TimerNode* newTimeNode = new TimerNode;memset(newTimeNode,0,sizeof(TimerNode));newTimeNode->arg = arg;newTimeNode->expireTime = tick + milliSeconds;newTimeNode->timeOutCb = timeOutCb;newTimeNode->cancelCb = cancelCb;return newTimeNode;
}
//主要使用的方法，用来执行定时任务
int  TimeWheel::setTimer(unsigned int  milliSeconds,TimeOutCb cb,void* arg,CancelCb cancelCb){return setTimerInnerSafe(milliSeconds,cb,arg,cancelCb);
}
//根据定时任务的ID从列表和map中删除他
void  TimeWheel::cancelTimer(int timeNodeId) {cancelTimerInnerSafe(timeNodeId);
}
int  TimeWheel::setTimerInnerSafe(unsigned int  milliSeconds,TimeOutCb cb,void* arg,CancelCb cancelCb) {timeLock.lock();//printf("设置----\n");milliSeconds /= PRECISION; // 精度TimerNode*  newTimeNode = createTimeNode(milliSeconds,cb,arg,cancelCb);newTimeNode->timeNodeId = ++timeNodeId;timeNodeMap[newTimeNode->timeNodeId] = newTimeNode; // 放到map里面InsertTimeNode(newTimeNode);//插入新的时间节点timeLock.unlock();return newTimeNode->timeNodeId;
}
void TimeWheel::cancelTimerInnerSafe(int timeNodeId) {timeLock.lock();    TimerNode* timeNode = timeNodeMap[timeNodeId];//根据ID查找到节点地址if (timeNode == NULL)//如果节点不存在，那么就返回{timeLock.unlock();return;}// 执行这个节点取消的回调if (timeNode->cancelCb != NULL){timeNode->cancelCb(timeNode->arg);  }timeNodeMap.erase(timeNodeId);//map中删除这个映射deleteNode(timeNode);//删除这个节点timeLock.unlock();
}
void  TimeWheel::InsertTimeNode(TimerNode* newTimeNode){unsigned int expireTime = newTimeNode->expireTime; //到期时间unsigned int milliSeconds = newTimeNode->expireTime - tick; // 剩余多少时间的Tickif ((milliSeconds | TIME_NEAR_MASK) == TIME_NEAR_MASK)//判断是否已经到快要执行的时间了{int insertSlot = expireTime & TIME_NEAR_MASK; //计算插入到最里圈255个槽的哪个槽newTimeNode->isNear = true; //将即将执行设为1newTimeNode->colNO = insertSlot; //列设为槽数nearTimerSlot[insertSlot].push_back(newTimeNode);//放入即将执行的位置} else {//如果不是即将执行的，不在255个槽的范围内，那么就要判断放在哪个位置unsigned int mask = (1 << TIME_NEAR) << TIME_LEVEL; //掩码是 100 0000 0000 0000，后8位是最里圈的范围，之前的是层数范围int i = 0;for (i = 0; i < SLOT_LEVEL; i++) //不会超过最大层数{if ((milliSeconds | (mask - 1))  == (mask - 1)) //如果当前时间或上11 1111 1111 1111还等于11 1111 1111 1111的话，那么它就在这个范围内，就是这层没错{break;}mask = mask << TIME_LEVEL;//掩码左移6位，就是下一层，然后再判断是否在下一层的位置}int insertSlot = (expireTime >> (TIME_NEAR + i * TIME_LEVEL)) & (mask - 1); // 计算这一层应该插入哪个槽newTimeNode->isNear = false;//不在执行圈newTimeNode->rowNO = i;//层数newTimeNode->colNO = insertSlot;//槽数levelTimerSlot[i][insertSlot].push_back(newTimeNode);//插到应该的位置}
}
// 1秒 = 1000 毫秒 = 1000,000 微秒
// 获取百分之一秒
long TimeWheel::getCentiSeconds() {struct timeval tv;gettimeofday(&tv,NULL);return tv.tv_sec * 1000 / PRECISION  + tv.tv_usec / (1000 * PRECISION);
}//****************************工具函数*******************************
int  TimeWheel::gettimeofday(struct timeval* tv,struct timezone* tz){FILETIME ft;unsigned __int64 tmpres = 0;static int tzflag;if (NULL == fnGetSystemTimePreciseAsFileTime) {InitHighResAbsoluteTime();}if (NULL != tv) {fnGetSystemTimePreciseAsFileTime(&ft);tmpres |= ft.dwHighDateTime;tmpres <<= 32;tmpres |= ft.dwLowDateTime;/*converting file time to unix epoch*/tmpres /= 10;  /*convert into microseconds*/tmpres -= DELTA_EPOCH_IN_MICROSECS;tv->tv_sec = (long) (tmpres / 1000000UL);tv->tv_usec = (long) (tmpres % 1000000UL);}if (NULL != tz) {if (!tzflag) {_tzset();tzflag++;}tz->tz_minuteswest = _timezone / 60;tz->tz_dsttime = _daylight;}return 0;
}void  TimeWheel::InitHighResAbsoluteTime() {FARPROC fp;HMODULE module;if (fnGetSystemTimePreciseAsFileTime != NULL)return;fnGetSystemTimePreciseAsFileTime = GetSystemTimeAsFileTime;module = GetModuleHandleA("kernel32.dll");if (module) {fp = GetProcAddress(module, "GetSystemTimePreciseAsFileTime");if (fp) {fnGetSystemTimePreciseAsFileTime = (VOID(WINAPI*)(LPFILETIME)) fp;}}
}

使用方式：

TimeWheel tiemer;
timer.settime(300,CB,void*arg,cancelCB);
//然后就等待执行拉

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