libevent源码深度剖析九

libevent源码深度剖析九

——集成定时器事件

张亮

现在再来详细分析libevent中I/O事件和Timer事件的集成，与Signal相比，Timer事件的集成会直观和简单很多。Libevent对堆的调整操作做了一些优化，本节还会描述这些优化方法。

1 集成到事件主循环

因为系统的I/O机制像select()和epoll_wait()都允许程序制定一个最大等待时间（也称为最大超时时间）timeout，即使没有I/O事件发生，它们也保证能在timeout时间内返回。

那么根据所有Timer事件的最小超时时间来设置系统I/O的timeout时间；当系统I/O返回时，再激活所有就绪的Timer事件就可以了，这样就能将Timer事件完美的融合到系统的I/O机制中了。

具体的代码在源文件event.c的event_base_loop()中，现在就对比代码来看看这一处理方法：

1. if (!base->event_count_active && !(flags & EVLOOP_NONBLOCK)) {
2. // 根据Timer事件计算evsel->dispatch的最大等待时间
3. timeout_next(base, &tv_p);
4. } else {
5. // 如果还有活动事件，就不要等待，让evsel->dispatch立即返回
6. evutil_timerclear(&tv);
7. }
8. // ...
9. // 调用select() or epoll_wait() 等待就绪I/O事件
10. res = evsel->dispatch(base, evbase, tv_p);
11. // ...
12. // 处理超时事件，将超时事件插入到激活链表中
13. timeout_process(base);

timeout_next()函数根据堆中具有最小超时值的事件和当前时间来计算等待时间，下面看看代码：

1. static int timeout_next(struct event_base *base, struct timeval **tv_p)
2. {
3. struct timeval now;
4. struct event *ev;
5. struct timeval *tv = *tv_p;
6. // 堆的首元素具有最小的超时值
7. if ((ev = min_heap_top(&base->timeheap)) == NULL) {
8. // 如果没有定时事件，将等待时间设置为NULL,表示一直阻塞直到有I/O事件发生
9. *tv_p = NULL;
10. return (0);
11. }
12. // 取得当前时间
13. gettime(base, &now);
14. // 如果超时时间<=当前值，不能等待，需要立即返回
15. if (evutil_timercmp(&ev->ev_timeout, &now, <=)) {
16. evutil_timerclear(tv);
17. return (0);
18. }
19. // 计算等待的时间=当前时间-最小的超时时间
20. evutil_timersub(&ev->ev_timeout, &now, tv);
21. return (0);
22. }

2 Timer小根堆

Libevent使用堆来管理Timer事件，其key值就是事件的超时时间，源代码位于文件min_heap.h中。

所有的数据结构书中都有关于堆的详细介绍，向堆中插入、删除元素时间复杂度都是O(lgN)，N为堆中元素的个数，而获取最小key值（小根堆）的复杂度为O(1)。堆是一个完全二叉树，基本存储方式是一个数组。
     
Libevent实现的堆还是比较轻巧的，虽然我不喜欢这种编码方式（搞一些复杂的表达式）。轻巧到什么地方呢，就以插入元素为例，来对比说明，下面伪代码中的size表示当前堆的元素个数：

典型的代码逻辑如下：

1. Heap[size++] = new; // 先放到数组末尾，元素个数+1
2. // 下面就是shift_up()的代码逻辑，不断的将new向上调整
3. _child = size;
4. while(_child>0) // 循环
5. {
6. _parent = (_child-1)/2; // 计算parent
7. if(Heap[_parent].key < Heap[_child].key)
8. break; // 调整结束，跳出循环
9. swap(_parent, _child); // 交换parent和child
10. }

而libevent的heap代码对这一过程做了优化，在插入新元素时，只是为新元素预留了一个位置hole（初始时hole位于数组尾部），但并不立刻
将新元素插入到hole上，而是不断向上调整hole的值，将父节点向下调整，最后确认hole就是新元素的所在位置时，才会真正的将新元素插入到
hole上，因此在调整过程中就比上面的代码少了一次赋值的操作，代码逻辑是：

下面就是shift_up()的代码逻辑，不断的将new的“预留位置”向上调整

1. // 下面就是shift_up()的代码逻辑，不断的将new的“预留位置”向上调整
2. _hole = size; // _hole就是为new预留的位置，但并不立刻将new放上
3. while(_hole>0) // 循环
4. {
5. _parent = (_hole-1)/2; // 计算parent
6. if(Heap[_parent].key < new.key)
7. break; // 调整结束，跳出循环
8. Heap[_hole] = Heap[_parent]; // 将parent向下调整
9. _hole = _parent; // 将_hole调整到_parent
10. }
11. Heap[_hole] = new; // 调整结束，将new插入到_hole指示的位置
12. size++; // 元素个数+1

由于每次调整都少做一次赋值操作，在调整路径比较长时，调整效率会比第一种有所提高。libevent中的min_heap_shift_up_()函数就是上面逻辑的具体实现，对应的向下调整函数是min_heap_shift_down_()。

举个例子，向一个小根堆3, 5, 8, 7, 12中插入新元素2，使用第一中典型的代码逻辑，其调整过程如下图所示：

使用libevent中的堆调整逻辑，调整过程如下图所示：

对于删除和元素修改操作，也遵从相同的逻辑，就不再罗嗦了。

3 小节

通过设置系统I/O机制的wait时间，从而简捷的集成Timer事件；主要分析了libevent对堆调整操作的优化。