绍圣--kafka之服务端--时间轮

时间轮

Kafka中存在大量的延迟操作，比如延迟生产，延迟拉取，延迟加入，延迟心跳等。kafka使用时间轮（TimingWheel）来实现管理延迟任务和超时完成延迟任务。

时间轮（TimingWheel）是存储定时任务的环形队列，底层采用数组实现，数组中的每个元素可以存放一个定时任务列表（TimerTaskList）。定时任务列表（TimerTaskList）是一个双向链表，链表中的每一项都是一个定时任务项（TimerTaskEntry），定时任务项中封装的就是真的定时任务（TimerTaskEntry（比如延迟操作））。

时间轮由多个时间格（槽）组成，每个时间格（槽）代表当前时间轮的基本时间跨度（tickMs）。时间轮的时间格（槽）个数是固定的，通过wheelSize设置，时间轮的总体时间跨度interval=tickMs*wheelSize。表盘指针currentTime表示时间轮当前所处的时间，currentTime将整个时间轮划分为到期部分和未到期部分，currentTime当前指向的时间格属于到期部分，刚好到期，需要处理此时间格所对应的TimerTaskList的所有任务。

时间轮的tickMs=1ms，wheelSize=20，interval=20ms，初始情况下表盘指针currentTime指向时间格0，此时有一个延迟时间为2ms的任务进来，会存放到时间格为2的定时任务列表（TimerTaskList）中。随着时间不断的推移，currentTime不断向前推进，过了2ms之后，到达时间格2时，就需要将时间格2所对应的TimeTaskList中的任务做相应的到期操作。此时若又有一个延迟时间为8ms的任务插入进来，则会存放到时间格为10的任务列表（TimerTaskList）中，从中可以看出定时任务存放到哪个时间格中，是从当前表盘指针指向的时间格开始算起。不是从初始时间格开始算起。那么同时有一个延迟时间为19ms的任务，那么这个时候，这个任务就会存放到时间格为1中。

总结一下：只要延迟时间没有超过当前时间轮的跨度，都会存储在当前时间轮中，选择时间格从当前表盘指针指向的时间格的tickMs开始计算。这样随着表盘指针（currentTime）的不断推进，当前时间轮处理的时间段也在不断的后移，时间范围在currentTime于currentTime+interval之间。

当延迟时间超过了时间轮的跨度，如果是直接扩充当前时间轮的时间格（wheelSize的大小），那么在kafka的这种级别的延迟任务，那么这个时间轮会很大，比如100万毫秒，这种情况下时间轮就会占用很大的空间，并且走一轮的话，花费的时间也比较长。所以当延时时间超过了当前时间轮的跨度（interval），kafka会重新建立一个时间轮：第一个时间轮会持有第二个时间轮的引用，第一个时间轮的interval为第二个时间轮的tickMs。所以第二个时间轮：tickMs=20ms，wheelSize=20，interval=400ms。

这是来了一个延迟时间是350ms的延迟任务，第一层时间轮是不能满足的，于是只能想更高一层的时间轮来存储，第二层时间轮的跨度interval大于延迟时间，第二层可以满足存储这个延迟任务，所以这个350ms会被存到到第二层时间轮的17时间格中。时间格的超时时间是tickMs。但是时间格定时任务列表（TimerTaskList）中的延迟任务是一个链表，链表中的延迟任务的超时时间不全是tickMs，比如第二层时间轮的第17个时间格中就会存储延迟时间是340ms到360ms的延迟任务。所以当TimerTaskList超时之后，如果链表里面还有不能执行的延迟任务，就有一个时间轮的降级操作，比如第二层时间轮的第17个时间格在340ms到期后，里面360ms还有20ms才能执行到期操作，这时第一层的时间轮可以存放这个还有20ms到期的延迟任务，所以这个延迟任务就修改自己延迟时间，并被再次加入到第一层的时间格中。再过20ms后，真正到期，最终执行相应的到期操作。

怎么判断任务过期？

我们把时间轮的时间格（槽）放入到DelayQueue中，因为每个时间格（槽）都有统一的一个过期时间，这个过期的槽会被DelayQueue的poll弹出，我们只需要将槽中的所有任务循环一次，重新加入到新的槽中，添加失败就立即执行。

参考：

原 荐 简单说说Kafka中的时间轮算法-腾讯云资讯

Kafka解惑之时间轮（TimingWheel） - 朱小厮的博客 - CSDN博客