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基于时间轮的c++高并发任务定时器，支持微秒级别的定时与延时任务，可实现10w/s级别任务的秒级定时

高并发时间轮定时器

１．环境依赖

• c++17
• 64bit linux

２．特色

• 自定义time_entry和TimerExpiration的变量类型，提供微秒级别的延时和定时任务。
• 支持带任意参数的定时函数，目前返回类型仅支持void。
• 定时任务并发量为10w/s，且延时控制在1s以内（840ms），支持秒级定时。
• 自定义DelayQueue, SpinLock, ThreadPool等组件，可单独拆分出来使用。

３．组件说明

高并发时间轮定时器总体框图

• Ticker

  内部时钟，由select模型构建，无监听描述符，超时返回推动时间轮TimingWheel前进。

• TimingWheel

  分级时间轮，后一级时间轮分片时间＝前一级时间轮分片时间×桶数目，定时任务超过当前时间轮表示最大时间时，会自动创建后一级时间轮。

• DelayQueue

  由大顶堆构建，通过offer加入延时任务，通过poll获取到期任务，利用自定义SpinLock可以同步poll和offer操作，减少mutex带来的线程切换开销。

• ThreadPool

  支持自定义线程池消费者线程数量，通过互斥锁＋条件变量控制线程之间同步，线程池关闭后，可确保阻止用户添加新任务，并完成任务队列剩余的任务才关闭线程池。

４．接口说明

• Timer(time_entry<> tickMs, int wheelSize, int tickerNum = 2, time_entry<> timeout = time_entry<>({0,20000}), int threadNum = 8);

  Timer时间轮定时器的构造函数，tickMs表示第一级时间轮的分片时间；wheelSize表示每一级时间轮的桶数量；tickerNum是内部时钟个数，默认是２；timeout是内部时钟i/o复用模型select的超时时间，默认是20ms；threadNum是线程池消费者线程数量，默认是８。

• void start();

  用于启动时间轮定时器，定时器构建完成后，即可调用该函数启动它，之后定时器便可接受定时和延时任务。

• template<typename Func, typename ... Args>
  void addByDelay(time_entry<> delayTime, const Func& func, Args&& ... args)

  添加延时任务的接口，delayTIme是延迟时间，func是延时任务的函数指针，args...是可变参数的参数包。

• template<typename Func, typename ... Args>
  void addByExpiration(TimerExpiration& expiration, const Func& func, Args&& ... args)

  添加定时任务的接口，expiration是定时任务到期时间，func是定时任务的函数指针，rgs...是可变参数的参数包。

• void shutdown()

  用于关闭定时器，调用后，定时器内部所有组件都将停止工作，并将线程池任务队列剩余任务执行完成才退出该函数。注意，调用该函数后，一定要清理Timer实例，这样才能彻底释放定时器各组件占用的内存。

• template<typename T = timeval>
  struct time_entry {}

  time_entry<>结构体，基于timeval构建，包含对timeval运算符重载，支持任意time_entry<>变量获取当前系统时间，可用于延时任务的延时时间设置。

• struct TimerExpiration

  TimerExpiration结构体，用于对定时任务到期时间的设置，构造函数参数接收变长参数，变长参数形式按从大到小排列（如year-month-monthday-hour-minute-second-microsecond）。

５．实验结果

• 实验测试的函数

  

  测试函数获取当前时间，与预约时间计算时间差。

• 定时任务结果

  

  定时任务测试函数，3个线程，每个线程添加33334个任务，共100002个任务。

  

  １s内定时10万个测试函数，通过打印信息可知延时在840ms左右

• 延时任务结果

  

  延时任务测试函数，3个线程，每个线程添加33334个任务，共100002个任务。

  

  １s内延时10万个测试函数，通过打印信息可知延时在840ms左右