【定时器】4种定时器方式介绍及时间轮、时间堆实现

今天发现之前写的程序里的定时器类很有问题，这两天进行修改，今天先来复习一下理论知识。

服务器程序要处理种种定时任务，比如定期执行某回调函数监控客户连接等等。在并发的服务器中，显然不能用sleep这样的阻塞定时函数来做，以下介绍4种定时的方法，其中又以最后一种timerfd目前最为常见，至少我目前读到的muduo、handy都是用这一种。

1、socket选项

通过设置socket选项SO_RCVTIMED SO_SNDTIMED可以实现定时器，他们分别设置socket接受数据和发送数据的超时时间，此时再调用send、recv、accept等函数时就会触发超时。
如果超时，那么上述系统调用返回-1，并且将errno设置为EAGAIN或EWOULDBLOCK等。
程序（仅展示关键部分）：

先设置超时时间
struct timeval timeout;
timeout.tv_sec = time;
timeout.tv_usec = 0;
socklen_t = sizeof(timeout);
配置socket为发送超时
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_SNDTIMED, &timeout, len);
发起连接，使用connect系统调用。
ret = connect(sockfd, (struct sockaddr*)&address, sizeof(address));
如果返回-1且errorno为EINPROGRESS，说明超时时间到，进行处理。
if(ret == -1 && errno == EINPROGRESS)
{
	//process
}

2、SIGALRM信号

SIGALRM信号可以通过设置alarm函数来实现，每过alarm函数设置的定时周期T会生成SIGALRM信号，实现代码很长我就用文字叙述一下。

首先要定义一个定时器类，包含超时时间和任务回调函数两个重要成员，同时维护一个链表，链表每一个节点为一个定时器，且按照定时器到期时间从小到大排序。

例如：现在时间为0，alarm设置为每隔10秒发一次SIGALRM信号，那么设置三个定时器的超时时间分别为5,15,20，在第一次SIGALRM触发时，遍历链表，发现5小于10，则处理其回调函数并将这个定时器删除，下一个15大于当前时间10，那么遍历结束。下一次遍历将处理15和20，因为他们都小于等于当前时间20.

我们可以应用该方式来管理超时连接。

3、timerfd_系列函数

io复用的超时参数于传统的Reactor模式中使用，muduo中写到其定时精度只有毫秒级，而timerfd会更高，所以就不在这展开了。

timerfd是muduo采用的方式，多线程中处理信号是很麻烦的事情，而timerfd_create会创建一个文件描述符，当该文件在定时器超时那一刻会变为可读，那么epoll就能够很好的监听该定时器事件，用统一的方式来处理IO事件和超时事件。

4、时间轮和时间堆

之前提到的链表结构来放置定时器的效率较低，遍历一次时间复杂度为O(n)，那么向其中添加和删除的最坏情况都是O(n)，而时间轮实际上是利用了哈希的思想，将定时器散列在数组上，且每个数组中放的是链表，如下图：

每隔一定时间会使指针指向轮子上的一个格子，当此时有新连接需要添加定时器时就将其加入到这一格的链表中。

而在muduo中就是运用的这种方式，只不过更为巧妙，假设时间轮有8格，现在我们希望8s内都没有新数据的连接就属于非活动链接，将其断开掉。那么每隔1s转动一次指针，如果此时有新链接到来或者有连接产生数据交互，那么将该连接放置到这一格中，并将当前格子内的定时器全部弹出。

实际实现的时候，并不会把连接进行移动，而是采用引用计数的方式，用shared_ptr来进行管理，当连接收到数据就往当前的格子里放一个其对应的shared_ptr，指针计数加1，同时删除最后一个格子里所有shared_ptr，当某一个连接的shared_ptr计数为0时则会自动析构。

时间堆顾名思义就是用堆结构来进行定时器的储存，在c++11中优先级队列就是一个小根堆，可以使用它进行定时器的存储。