高性能服务器开发之C++定时器

来源: https://www.cnblogs.com/junye/p/5836552.html

写这篇文章前搜了下网上类似的文章,有很多,所以笔者的这篇文章就不对定时器的常见实现方法加以说明,也不进行性能比较,直接上代码。

基于multimap实现的比较简单,这里略过。

前导

对于大多数的服务器程序,其定时器一般支持单线程就够了,一般使用方法见下面代码。如果需要多线程怎么办,笔者一般用一个简单的办法:多线程的业务线程中不包含定时器管理器,单独启一个线程用来管理所有定时器,当时间触发时,向业务线程投递定时器消息即可。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <chrono>
#include "Timer.h" void TimerHandler()
{
std::cout << "TimerHandler" << std::endl;
} int main()
{
TimerManager tm;
Timer t(tm);
t.Start(&TimerHandler, 1000);
while (true)
{
tm.DetectTimers();
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
} std::cin.get();
return 0;
}

1 最小堆实现

#include <vector>
#include <boost/function.hpp> class TimerManager; class Timer
{
public:
enum TimerType { ONCE, CIRCLE }; Timer(TimerManager& manager);
~Timer(); template<typename Fun>
void Start(Fun fun, unsigned interval, TimerType timeType = CIRCLE);
void Stop(); private:
void OnTimer(unsigned long long now); private:
friend class TimerManager;
TimerManager& manager_;
TimerType timerType_;
boost::function<void(void)> timerFun_;
unsigned interval_;
unsigned long long expires_; size_t heapIndex_;
}; class TimerManager
{
public:
static unsigned long long GetCurrentMillisecs();
void DetectTimers();
private:
friend class Timer;
void AddTimer(Timer* timer);
void RemoveTimer(Timer* timer); void UpHeap(size_t index);
void DownHeap(size_t index);
void SwapHeap(size_t, size_t index2); private:
struct HeapEntry
{
unsigned long long time;
Timer* timer;
};
std::vector<HeapEntry> heap_;
}; template<typename Fun>
inline void Timer::Start(Fun fun, unsigned interval, TimerType timeType)
{
Stop();
interval_ = interval;
timerFun_ = fun;
timerType_ = timeType;
timer->expires_ = timer->interval_ + TimerManager::GetCurrentMillisecs();
manager_.AddTimer(this);
} // cpp file //////////////////////////////////////////////////////////////////
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include "config.h"
#include "timer.h"
#ifdef _MSC_VER
# include <sys/timeb.h>
#else
# include <sys/time.h>
#endif //////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Timer Timer::Timer(TimerManager& manager)
: manager_(manager)
, heapIndex_(-1)
{
} Timer::~Timer()
{
Stop();
} void Timer::Stop()
{
if (heapIndex_ != -1)
{
manager_.RemoveTimer(this);
heapIndex_ = -1;
}
} void Timer::OnTimer(unsigned long long now)
{
if (timerType_ == Timer::CIRCLE)
{
expires_ = interval_ + now;
manager_.AddTimer(this);
}
else
{
heapIndex_ = -1;
}
timerFun_();
} //////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// TimerManager void TimerManager::AddTimer(Timer* timer)
{
timer->heapIndex_ = heap_.size();
HeapEntry entry = { timer->expires_, timer };
heap_.push_back(entry);
UpHeap(heap_.size() - 1);
} void TimerManager::RemoveTimer(Timer* timer)
{
size_t index = timer->heapIndex_;
if (!heap_.empty() && index < heap_.size())
{
if (index == heap_.size() - 1)
{
heap_.pop_back();
}
else
{
SwapHeap(index, heap_.size() - 1);
heap_.pop_back();
size_t parent = (index - 1) / 2;
if (index > 0 && heap_[index].time < heap_[parent].time)
UpHeap(index);
else
DownHeap(index);
}
}
} void TimerManager::DetectTimers()
{
unsigned long long now = GetCurrentMillisecs(); while (!heap_.empty() && heap_[0].time <= now)
{
Timer* timer = heap_[0].timer;
RemoveTimer(timer);
timer->OnTimer(now);
}
} void TimerManager::UpHeap(size_t index)
{
size_t parent = (index - 1) / 2;
while (index > 0 && heap_[index].time < heap_[parent].time)
{
SwapHeap(index, parent);
index = parent;
parent = (index - 1) / 2;
}
} void TimerManager::DownHeap(size_t index)
{
size_t child = index * 2 + 1;
while (child < heap_.size())
{
size_t minChild = (child + 1 == heap_.size() || heap_[child].time < heap_[child + 1].time)
? child : child + 1;
if (heap_[index].time < heap_[minChild].time)
break;
SwapHeap(index, minChild);
index = minChild;
child = index * 2 + 1;
}
} void TimerManager::SwapHeap(size_t index1, size_t index2)
{
HeapEntry tmp = heap_[index1];
heap_[index1] = heap_[index2];
heap_[index2] = tmp;
heap_[index1].timer->heapIndex_ = index1;
heap_[index2].timer->heapIndex_ = index2;
} unsigned long long TimerManager::GetCurrentMillisecs()
{
#ifdef _MSC_VER
_timeb timebuffer;
_ftime(&timebuffer);
unsigned long long ret = timebuffer.time;
ret = ret * 1000 + timebuffer.millitm;
return ret;
#else
timeval tv;
::gettimeofday(&tv, 0);
unsigned long long ret = tv.tv_sec;
return ret * 1000 + tv.tv_usec / 1000;
#endif
}

2 时间轮实现

// header file //////////////////////////////////
#pragma once
#include <list>
#include <vector>
#include <boost/function.hpp> class TimerManager; class Timer
{
public:
enum TimerType {ONCE, CIRCLE}; Timer(TimerManager& manager);
~Timer(); template<typename Fun>
void Start(Fun fun, unsigned interval, TimerType timeType = CIRCLE);
void Stop(); private:
void OnTimer(unsigned long long now); private:
friend class TimerManager; TimerManager& manager_;
TimerType timerType_;
boost::function<void(void)> timerFun_;
unsigned interval_;
unsigned long long expires_; int vecIndex_;
std::list<Timer*>::iterator itr_;
}; class TimerManager
{
public:
TimerManager(); static unsigned long long GetCurrentMillisecs();
void DetectTimers(); private:
friend class Timer;
void AddTimer(Timer* timer);
void RemoveTimer(Timer* timer); int Cascade(int offset, int index); private:
typedef std::list<Timer*> TimeList;
std::vector<TimeList> tvec_;
unsigned long long checkTime_;
}; template<typename Fun>
inline void Timer::Start(Fun fun, unsigned interval, TimerType timeType)
{
Stop();
interval_ = interval;
timerFun_ = fun;
timerType_ = timeType;
expires_ = interval_ + TimerManager::GetCurrentMillisecs();
manager_.AddTimer(this);
} // cpp file ////////////////////////////////////////////////// #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include "config.h"
#include "timer2.h"
#ifdef _MSC_VER
# include <sys/timeb.h>
#else
# include <sys/time.h>
#endif #define TVN_BITS 6
#define TVR_BITS 8
#define TVN_SIZE (1 << TVN_BITS)
#define TVR_SIZE (1 << TVR_BITS)
#define TVN_MASK (TVN_SIZE - 1)
#define TVR_MASK (TVR_SIZE - 1)
#define OFFSET(N) (TVR_SIZE + (N) *TVN_SIZE)
#define INDEX(V, N) ((V >> (TVR_BITS + (N) *TVN_BITS)) & TVN_MASK) //////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Timer Timer::Timer(TimerManager& manager)
: manager_(manager)
, vecIndex_(-1)
{
} Timer::~Timer()
{
Stop();
} void Timer::Stop()
{
if (vecIndex_ != -1)
{
manager_.RemoveTimer(this);
vecIndex_ = -1;
}
} void Timer::OnTimer(unsigned long long now)
{
if (timerType_ == Timer::CIRCLE)
{
expires_ = interval_ + now;
manager_.AddTimer(this);
}
else
{
vecIndex_ = -1;
}
timerFun_();
} //////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// TimerManager TimerManager::TimerManager()
{
tvec_.resize(TVR_SIZE + 4 * TVN_SIZE);
checkTime_ = GetCurrentMillisecs();
} void TimerManager::AddTimer(Timer* timer)
{
unsigned long long expires = timer->expires_;
unsigned long long idx = expires - checkTime_; if (idx < TVR_SIZE)
{
timer->vecIndex_ = expires & TVR_MASK;
}
else if (idx < 1 << (TVR_BITS + TVN_BITS))
{
timer->vecIndex_ = OFFSET(0) + INDEX(expires, 0);
}
else if (idx < 1 << (TVR_BITS + 2 * TVN_BITS))
{
timer->vecIndex_ = OFFSET(1) + INDEX(expires, 1);
}
else if (idx < 1 << (TVR_BITS + 3 * TVN_BITS))
{
timer->vecIndex_ = OFFSET(2) + INDEX(expires, 2);
}
else if ((long long) idx < 0)
{
timer->vecIndex_ = checkTime_ & TVR_MASK;
}
else
{
if (idx > 0xffffffffUL)
{
idx = 0xffffffffUL;
expires = idx + checkTime_;
}
timer->vecIndex_ = OFFSET(3) + INDEX(expires, 3);
} TimeList& tlist = tvec_[timer->vecIndex_];
tlist.push_back(timer);
timer->itr_ = tlist.end();
--timer->itr_;
} void TimerManager::RemoveTimer(Timer* timer)
{
TimeList& tlist = tvec_[timer->vecIndex_];
tlist.erase(timer->itr_);
} void TimerManager::DetectTimers()
{
unsigned long long now = GetCurrentMillisecs();
while (checkTime_ <= now)
{
int index = checkTime_ & TVR_MASK;
if (!index &&
!Cascade(OFFSET(0), INDEX(checkTime_, 0)) &&
!Cascade(OFFSET(1), INDEX(checkTime_, 1)) &&
!Cascade(OFFSET(2), INDEX(checkTime_, 2)))
{
Cascade(OFFSET(3), INDEX(checkTime_, 3));
}
++checkTime_; TimeList& tlist = tvec_[index];
TimeList temp;
temp.splice(temp.end(), tlist);
for (TimeList::iterator itr = temp.begin(); itr != temp.end(); ++itr)
{
(*itr)->OnTimer(now);
}
}
} int TimerManager::Cascade(int offset, int index)
{
TimeList& tlist = tvec_[offset + index];
TimeList temp;
temp.splice(temp.end(), tlist); for (TimeList::iterator itr = temp.begin(); itr != temp.end(); ++itr)
{
AddTimer(*itr);
} return index;
} unsigned long long TimerManager::GetCurrentMillisecs()
{
#ifdef _MSC_VER
_timeb timebuffer;
_ftime(&timebuffer);
unsigned long long ret = timebuffer.time;
ret = ret * 1000 + timebuffer.millitm;
return ret;
#else
timeval tv;
::gettimeofday(&tv, 0);
unsigned long long ret = tv.tv_sec;
return ret * 1000 + tv.tv_usec / 1000;
#endif
}

结束语

在曾经的很多项目中,定时器的实现都是使用map,也许效率不是太高,却从来没有成为性能的瓶颈。但是程序员通常是追求完美的,既然有更好解决方案,且其实现又不那么复杂,那就完全可以去尝试。

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