【一天一个算法】---时间轮算法

简介

时间轮算法（Timing Wheel Algorithm）是一种用于处理定时任务的算法。它的原理是使用固定大小的时间轮，将时间划分成一系列的时间槽（time slot），每个时间槽表示一个时间间隔。每个时间槽关联一个任务列表，用于存储在该时间间隔内需要执行的任务。通过不断地移动时间轮，将过期的任务取出并执行。

时间轮算法的核心思想是通过时间槽来组织任务，并通过固定时间间隔来触发任务的执行。时间槽之间的间隔是固定的，可以根据需求设定。在每个时间间隔到达时，时间轮会将当前时间槽中的任务执行，并将在下一个时间间隔到来时加入新的任务。

优缺点

优点

• 高效：时间轮算法通过链表等数据结构存储任务，执行任务时可以快速定位到需要执行的任务，并且时间轮的移动操作是常数时间复杂度的。
• 简单：时间轮算法的实现相对简单，易于理解和调试。
• 高度可扩展：通过调整时间槽数量和时间间隔，可以灵活地处理大量的定时任务。

缺点

• 时间精度限制：时间轮算法的时间精度受时间槽数量和时间间隔的限制，无法处理需要更高精度的定时任务。
• 定时任务处理时间限制：如果执行某个任务所需时间超过时间间隔，可能会造成任务堆积或错过任务的执行。

应用场景

时间轮算法在实际应用中广泛用于计时器、定时任务调度等场景，例如网络编程中的超时管理、定时器线程等。常见的网络框架和库，如Netty、NIO、libevent等也都使用时间轮算法来处理定时任务。

示例代码

class TimerWheel {
    constructor(slotSize, tickDuration) {
      this.slots = [];
      this.tickDuration = tickDuration;
      this.slotSize = slotSize
      this.currentSlot = 0;
      this.timer = null
    }

    init () {
      for (let index = 0; index < this.slotSize; index++) {
        const slot = []
        this.slots.push(slot)
      }
      this.advance()
    }

    release () {
      clearTimeout(this.timer);
    }
  
    addTask(task, delay) {
      const targetSlot = (this.currentSlot + Math.ceil(delay / this.tickDuration)) % this.slots.length;
      this.slots[targetSlot].push(task);
    }
  
    advance() {
      clearTimeout(this.timer);
      const tasksToExecute = this.slots[this.currentSlot];
      // console.log(this.currentSlot, tasksToExecute);
      this.slots[this.currentSlot] = [];
      tasksToExecute.forEach(task => task());
  
      this.currentSlot = (this.currentSlot + 1) % this.slots.length;
      this.timer = setTimeout(this.advance.bind(this), this.tickDuration);
    }
  }
  
  // 例子：创建一个包含10个槽，每个槽表示100毫秒的时间轮
  const timerWheel = new TimerWheel(10, 100);
  // 启动时间轮
  timerWheel.init()
  // 添加定时任务，在延迟300毫秒后执行
  timerWheel.addTask(() => {
    console.log("Task executed after 300 milliseconds");
  }, 300);
  
  // 停止时间轮
  // timerWheel.release();