简介

定时器是一种在实际的应用中非常常见和有效的一种工具,其原理就是把要执行的任务按照执行时间的顺序进行排序,然后在特定的时间进行执行。JAVA提供了java.util.Timer和java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor等多种Timer工具,但是这些工具在执行效率上面还是有些缺陷,于是netty提供了HashedWheelTimer,一个优化的Timer类。

一起来看看netty的Timer有何不同吧。

java.util.Timer

Timer是JAVA在1.3中引入的。所有的任务都存储在它里面的TaskQueue中:

private final TaskQueue queue = new TaskQueue();

TaskQueue的底层是一个TimerTask的数组,用于存储要执行的任务。

private TimerTask[] queue = new TimerTask[128];

看起来TimerTask只是一个数组,但是Timer将这个queue做成了一个平衡二叉堆。

当添加一个TimerTask的时候,会插入到Queue的最后面,然后调用fixup方法进行再平衡:

    void add(TimerTask task) {
// Grow backing store if necessary
if (size + 1 == queue.length)
queue = Arrays.copyOf(queue, 2*queue.length); queue[++size] = task;
fixUp(size);
}

当从heap中移出运行的任务时候,会调用fixDown方法进行再平衡:

    void removeMin() {
queue[1] = queue[size];
queue[size--] = null; // Drop extra reference to prevent memory leak
fixDown(1);
}

fixup的原理就是将当前的节点和它的父节点进行比较,如果小于父节点就和父节点进行交互,然后遍历进行这个过程:

    private void fixUp(int k) {
while (k > 1) {
int j = k >> 1;
if (queue[j].nextExecutionTime <= queue[k].nextExecutionTime)
break;
TimerTask tmp = queue[j]; queue[j] = queue[k]; queue[k] = tmp;
k = j;
}
}

fixDown的原理是比较当前节点和它的子节点,如果当前节点大于子节点,则将其降级:

    private void fixDown(int k) {
int j;
while ((j = k << 1) <= size && j > 0) {
if (j < size &&
queue[j].nextExecutionTime > queue[j+1].nextExecutionTime)
j++; // j indexes smallest kid
if (queue[k].nextExecutionTime <= queue[j].nextExecutionTime)
break;
TimerTask tmp = queue[j]; queue[j] = queue[k]; queue[k] = tmp;
k = j;
}
}

二叉平衡堆的算法这里不做详细的介绍。大家可以自行查找相关的文章。

java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor

虽然Timer已经很好用了,并且是线程安全的,但是对于Timer来说,想要提交任务的话需要创建一个TimerTask类,用来封装具体的任务,不是很通用。

所以JDK在5.0中引入了一个更加通用的ScheduledThreadPoolExecutor,这是一个线程池使用多线程来执行具体的任务。当线程池中的线程个数等于1的时候,ScheduledThreadPoolExecutor就等同于Timer。

ScheduledThreadPoolExecutor中进行任务保存的是一个DelayedWorkQueue。

DelayedWorkQueue和DelayQueue,PriorityQueue一样都是一个基于堆的数据结构。

因为堆需要不断的进行siftUp和siftDown再平衡操作,所以它的时间复杂度是O(log n)。

下面是DelayedWorkQueue的shiftUp和siftDown的实现代码:

       private void siftUp(int k, RunnableScheduledFuture<?> key) {
while (k > 0) {
int parent = (k - 1) >>> 1;
RunnableScheduledFuture<?> e = queue[parent];
if (key.compareTo(e) >= 0)
break;
queue[k] = e;
setIndex(e, k);
k = parent;
}
queue[k] = key;
setIndex(key, k);
} private void siftDown(int k, RunnableScheduledFuture<?> key) {
int half = size >>> 1;
while (k < half) {
int child = (k << 1) + 1;
RunnableScheduledFuture<?> c = queue[child];
int right = child + 1;
if (right < size && c.compareTo(queue[right]) > 0)
c = queue[child = right];
if (key.compareTo(c) <= 0)
break;
queue[k] = c;
setIndex(c, k);
k = child;
}
queue[k] = key;
setIndex(key, k);
}

HashedWheelTimer

因为Timer和ScheduledThreadPoolExecutor底层都是基于堆结构的。虽然ScheduledThreadPoolExecutor对Timer进行了改进,但是他们两个的效率是差不多的。

那么有没有更加高效的方法呢?比如O(1)是不是可以达到呢?

我们知道Hash可以实现高效的O(1)查找,想象一下假如我们有一个无限刻度的钟表,然后把要执行的任务按照间隔时间长短的顺序分配到这些刻度中,每当钟表移动一个刻度,即可以执行这个刻度中对应的任务,如下图所示:

这种算法叫做Simple Timing Wheel算法。

但是这种算法是理论上的算法,因为不可能为所有的间隔长度都分配对应的刻度。这样会耗费大量的无效内存空间。

所以我们可以做个折中方案,将间隔时间的长度先用hash进行处理。这样就可以缩短间隔时间的基数,如下图所示:

这个例子中,我们选择8作为基数,间隔时间除以8,余数作为hash的位置,商作为节点的值。

每次遍历轮询的时候,将节点的值减一。当节点的值为0的时候,就表示该节点可以取出执行了。

这种算法就叫做HashedWheelTimer。

netty提供了这种算法的实现:

public class HashedWheelTimer implements Timer

HashedWheelTimer使用HashedWheelBucket数组来存储具体的TimerTask:

private final HashedWheelBucket[] wheel;

首先来看下创建wheel的方法:

    private static HashedWheelBucket[] createWheel(int ticksPerWheel) {
//ticksPerWheel may not be greater than 2^30
checkInRange(ticksPerWheel, 1, 1073741824, "ticksPerWheel"); ticksPerWheel = normalizeTicksPerWheel(ticksPerWheel);
HashedWheelBucket[] wheel = new HashedWheelBucket[ticksPerWheel];
for (int i = 0; i < wheel.length; i ++) {
wheel[i] = new HashedWheelBucket();
}
return wheel;
}

我们可以自定义wheel中ticks的大小,但是ticksPerWheel不能超过2^30。

然后将ticksPerWheel的数值进行调整,到2的整数倍。

然后创建ticksPerWheel个元素的HashedWheelBucket数组。

这里要注意,虽然整体的wheel是一个hash结构,但是wheel中的每个元素,也就是HashedWheelBucket是一个链式结构。

HashedWheelBucket中的每个元素都是一个HashedWheelTimeout. HashedWheelTimeout中有一个remainingRounds属性用来记录这个Timeout元素还会在Bucket中保存多久。

long remainingRounds;

总结

netty中的HashedWheelTimer可以实现更高效的Timer功能,大家用起来吧。

更多内容请参考 http://www.flydean.com/50-netty-hashed-wheel-timer/

最通俗的解读,最深刻的干货,最简洁的教程,众多你不知道的小技巧等你来发现!

欢迎关注我的公众号:「程序那些事」,懂技术,更懂你!

netty系列之:HashedWheelTimer一种定时器的高效实现的更多相关文章

  1. 2. 彤哥说netty系列之IO的五种模型

    你好,我是彤哥,本篇是netty系列的第二篇. 欢迎来我的公从号彤哥读源码系统地学习源码&架构的知识. 简介 本文将介绍linux中的五种IO模型,同时也会介绍阻塞/非阻塞与同步/异步的区别. ...

  2. Netty系列(四)TCP拆包和粘包

    Netty系列(四)TCP拆包和粘包 一.拆包和粘包问题 (1) 一个小的Socket Buffer问题 在基于流的传输里比如 TCP/IP,接收到的数据会先被存储到一个 socket 接收缓冲里.不 ...

  3. 【读后感】Netty 系列之 Netty 高性能之道 - 相比 Mina 怎样 ?

    [读后感]Netty 系列之 Netty 高性能之道 - 相比 Mina 怎样 ? 太阳火神的漂亮人生 (http://blog.csdn.net/opengl_es) 本文遵循"署名-非商 ...

  4. 1. 彤哥说netty系列之开篇(有个问卷调查)

    你好,我是彤哥,本篇是netty系列的第一篇. 欢迎来我的公从号彤哥读源码系统地学习源码&架构的知识. 简介 本文主要讲述netty系列的整体规划,并调查一下大家喜欢的学习方式. 知识点 ne ...

  5. 3. 彤哥说netty系列之Java BIO NIO AIO进化史

    你好,我是彤哥,本篇是netty系列的第三篇. 欢迎来我的公从号彤哥读源码系统地学习源码&架构的知识. 简介 上一章我们介绍了IO的五种模型,实际上Java只支持其中的三种,即BIO/NIO/ ...

  6. 5. 彤哥说netty系列之Java NIO核心组件之Channel

    你好,我是彤哥,本篇是netty系列的第五篇. 简介 上一章我们一起学习了如何使用Java原生NIO实现群聊系统,这章我们一起来看看Java NIO的核心组件之一--Channel. 思维转变 首先, ...

  7. 6. 彤哥说netty系列之Java NIO核心组件之Buffer

    --日拱一卒,不期而至! 你好,我是彤哥,本篇是netty系列的第六篇. 简介 上一章我们一起学习了Java NIO的核心组件Channel,它可以看作是实体与实体之间的连接,而且需要与Buffer交 ...

  8. 7. 彤哥说netty系列之Java NIO核心组件之Selector

    --日拱一卒,不期而至! 你好,我是彤哥,本篇是netty系列的第七篇. 简介 上一章我们一起学习了Java NIO的核心组件Buffer,它通常跟Channel一起使用,但是它们在网络IO中又该如何 ...

  9. Netty 系列之 Netty 高性能之道 高性能的三个主题 Netty使得开发者能够轻松地接受大量打开的套接字 Java 序列化

    Netty系列之Netty高性能之道 https://www.infoq.cn/article/netty-high-performance 李林锋 2014 年 5 月 29 日 话题:性能调优语言 ...

  10. Objective-C三种定时器CADisplayLink / NSTimer / GCD的使用

    OC中的三种定时器:CADisplayLink.NSTimer.GCD 我们先来看看CADiskplayLink, 点进头文件里面看看, 用注释来说明下 @interface CADisplayLin ...

随机推荐

  1. 【转】sql各种查询技巧

    高级查询在数据库中用得是最频繁的,也是应用最广泛的. Ø 基本常用查询 --select select * from student;   --all 查询所有 select all sex from ...

  2. 服务器Ubuntu16.04下连接锐捷

    最近搞深度学习,老师买了一台服务器.双系统,win7和Ubuntu16.04,但是联网是遇到了问题. 输入ifconfig时,发现根本就找不到eth0和eth1,只有evp0s25和evp0s90,o ...

  3. 全局键盘钩子(WH_KEYBOARD)

    为了显示效果,在钩子的DLL中我们会获取挂钩函数的窗体句柄,这里的主程序窗体名为"TestMain",通过FindWindow查找. KeyBoardHook.dll代码 libr ...

  4. php运行

    运行命令: $php 1.php php教程: http://www.w3school.com.cn/php/php_variables.asp

  5. web前端利用turf.js生成等值线、等值面

    样例如下: <!DOCTYPE html> <html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml"> <head> ...

  6. Android 深入浅出 - 进程生命周期(Process Lifecycle)

    Android 5 个进程等级 1. Foreground Process : 2 .Visible Process : 3. Service Process : 4. Background Proc ...

  7. SQL Expression Language Tutorial 学习笔记一

    http://docs.sqlalchemy.org/en/latest/core/tutorial.html Google 翻译了一下 SQLAlchemy Expression Language, ...

  8. C#共享内存整理

    1.System.IO.MemoryMappedFiles 内存映射文件类 内存映射文件将文件的内容映射到应用程序的逻辑地址空间. 内存映射文件使程序员得以处理极大的文件(这是因为可以并发管理内存), ...

  9. atan2 atan

    atan2 definition In terms of the standard arctan function, whose range is (−π/2, π/2), it can be exp ...

  10. Java 中的值传递和引用传递问题

    Java 中的值传递和引用传递问题 public class Operation { int data = 50; void change(int data) { data = data + 100; ...