Netty的Timer管理–开源的魅力

这里的Timer，是指定时器，现代操作系统，定时器无处不在，以至于有些将linux kernel的书，都需要单独列出一章，来将linux是如何管理这些定时器的。管理定时器其实主要的步骤有以下3步：
1.生成定时器（这里面最终要的是给予定时器其到期时间以及到期后要产生的动作）
2.将定时器放入一个数据结构中，以便系统能够定时的扫描检查这些定时器是否到期，是否需要触发
3.定期检查定时器是否到期

一般能够想到的最直观的实现定时器的办法，就是在定时器里插入一个绝对时间，然后将定时器放入一个链表，每次轮询时，将该链表整体轮询一遍，从而检查有哪些定时器到期了。那么这样的时间复杂度为：插入定时器 o(1); 每次轮询o（n）.

现在的linux内核中，对timer的管理其实是根据timer离当前时间的远近，将其存放到不同的双向队列数组中，每个队列数组长度一样，比如都是2的8次方；（具体是2的几次方，这个还要依赖其他条件，这里只是举个例子）间隔时间小于2的8次方的，存放在第一个双向队列数组里；间隔时间大于等于2的8次方但小于2的16次方的，则存放在第二个双向队列数组里，以此类推；
然后每个2的8次方个周期，对上面的双向队列数组进行重新安排，比如这个时候，需要将第二个数组里的有些队列移动到地一个数组里。这样在实现时，插入定时器o（1），其只需要计算该timer的时间和当前时间的关系，从而计算出应该将其放置第几个数组的第几个双向队列上（同一个数组的某个双向对列上，存放的都是时间一样的timer）即可（基本上是最简单而直接的hash算法）；插入定时器o(1),平时轮询时，只要取最近的那个数组里的对应timer即可，时间复杂度为o(1)，每隔指定的周期后（比如2的8次方个周期后）论询一次，这个时候因为要对所有的现存的timer进行调整，最坏时间复杂度是o(n).

而Netty中的Timer管理，则是使用了所谓的Hashed Wheel模式，在数据结构上，其有一个循环数组，这个循环数组有n个bucket(假设为8)，可以用来存放Timer链表；Hash Wheel里有2个周期，一个周期是单次轮询的周期，假设为100个Tick；第二个周期是轮询完数组的周期，那么其大小为n＊Tick（8＊100就为800），假设叫round 周期；那么在每次插入一个timer时，会根据timer的触发时间，计算出其应该存放在哪个bucket的链表中（比如timer距离当前周期为2550tick，那么该Timer就会放在(2550％(n*100Tick))/100Tick=2,这里取celling），在timer插入到bucket中的同时，按照这种算法，相隔round周期整数倍的Timer会存放在相同的bucket的链表中，为了区分round周期，所以每个timer在存放时，还会有一个数值用来村放其距离当前时间还剩多少个round周期（刚才的例子round为3）。当timer插入后，这样轮询的时候就比较方便，轮询时，会有一个cursor，每隔一个周期就加一，论询时该cursor指向数组的哪个bucket，就检查该bucket中的所有timer，主要是检查该timer的round周期是否为0，如果不是0，则将其值减1，然后将其归还（cursor不断增加，当cursor下次指向该bucket时，经过的时间为一个round周期）。而如果round周期已经为0了，则说明该timer需要被触发了，从而触发该timer。这样计算时间复杂度的话，插入的时候，其时间复杂度为o(1),而在轮询的时候，其时间复杂度也可理解为o(1).

Hashed Wheel Timing原理图

比较一下linux内核里的timer管理和netty的timer管理，会发现，如果管理的timer的触发时间都距离当前时间比较近，那么linux和netty的效率应该都差不多（linux这个时候，当间隔的大周期发生的时候，也基本不用调整数组，从而不会发生时间复杂度为o(n)的操作）。而如果管理了较多的距离当前时间很长的timer（此时的linux，会在除了第一个数组外的其他数组里也要存放timer；而netty中，则会在每个bucket的链表中，存放较多的round周期大于0的timer），那么这个时候，linux平时轮询时，;处理的都是确实需要被触发的timer，而netty，很可能会碰到很多不要触发的timer，然后把这些timer的round周期减一，这种情况下，对于平时的轮询，linux是要优于netty；而当碰到大周期时，linux的耗时会超过netty。相当与在这种情形下，netty是把对长时间timer的处理分散在每次轮询中，而linux则是把它集中在一个周期里来做。linux的这种做法，在一般的情景下应该是ok的，但是在realtime os的情况下，应该是有问题的。

相比较与公司自己实现的一个二方库，里面其实也需要用到超时机制，但是实现起来就是很直观，这也没有办法，毕竟大家都时间有限，有的时候还是以快速实现业务为主，没有太多时间把一些技术点考虑的很深远，但是这个时候我们还是可以借鉴一下开源软件中的类似解决方案，拿来为己所用。开源软件能够汇集互联网上很多人的智慧，这可能是很多公司的技术力量都不能够比拟的，这可能也就是开源的魅力所在。