基于Python实现环形队列高效定时器

定时器Python实现代码

import time
import redis
import multiprocessing

class Base:

    """
    redis配置
    """
    redis_conf = {}

    """
    环形队列使用redis进行存储
    """
    _ri = None

    """
    定时器轮盘大小
    """
    slot_num = 15

    """
    存储环形队列使用的redis缓存key
    """
    cache_key = 'wheel:slot_'

    def __init__(self, **kwargs):
        for k in kwargs:
            if hasattr(self, k):
                setattr(self, k, kwargs[k])

        self._ri = redis.Redis(**self.redis_conf)

class Timer(Base):
    """
    当前slot的下标
    """
    _current = 0

    """
    事件处理
    """
    event_handler = None

    def worker(self):
        """
        # TODO 测试每个卡槽有1W事件ID的处理效率
        独立进程，分发事件id给事件处理器
        :return:
        """
        key = self.cache_key + str(self._current)

        # 获取当前卡槽中需要触发的事件ID
        event_ids = self._ri.zrangebyscore(key, 0, 0)

        # 删除当前卡槽中需要触发的事件ID
        self._ri.zremrangebyscore(key, 0, 0)

        # 把当前卡槽剩下的事件ID全部遍历出来，减少一次剩余循环次数
        surplus_event_ids = self._ri.zrange(key, 0, -1)

        for mid in surplus_event_ids:
            self._ri.zincrby(key, mid, -1)

        # 把事件ID转交给handler处理
        for mid in event_ids:
            self.event_handler(eid=mid)

        exit(0)

    def run(self):
        """
        启动进程
        :return:
        """
        while True:
            p = multiprocessing.Process(target=self.worker)
            p.start()

            time.sleep(1)

            self._current = int(time.time()) % self.slot_num

class TimerEvent(Base):

    def add(self, event_id, emit_time):
        """
        添加事件ID到定时器
        :param event_id: 事件ID
        :param emit_time: 触发时间
        :return:
        """
        current_time = int(time.time())
        diff = emit_time - current_time

        if diff > 0:
            # 计算循环次数
            cycle = int(diff / self.slot_num)
            # 计算要存入的slot的索引
            index = (diff % self.slot_num + current_time % self.slot_num) % self.slot_num

            res = self._ri.zadd(self.cache_key + str(index), str(event_id), cycle)
            return True if res else False

        return False

    # TODO 批量添加同一时间,不同事件ID

    # TODO 批量添加不同时间,不同事件ID

通过环形队列实现高效任务触发的设计说明

1. redis集合【slot】

• 以redis多个有规律的键名的有序集合组成环形数组

key_1
key_2
....
key_n

• 有序集合

命令

ZADD key score member

有序集合中包含两部分， 一个是score, 一个是member

score作为剩余循环次数
meber作为事件ID

1. python多进程

• 计算当前时间应该处理的卡槽

  当前slot索引 = （当前时间 % 卡槽总数 + 当前时间戳 % 卡槽总数） % 卡槽总数

"%"为取余数操作

• 创建独立子进程处理

  当前子进程需要快速读取的剩余循环次数为0事件ID

  删除当前slot已取出的事件ID

  开始把事件ID依次转交给事件handler处理

应用说明

1. 启动定时器

import Timer
import time

def event_handler(eid):
    print(time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S', time.localtime(time.time())), eid)

t = Timer(redis_conf={
    'host': '127.0.0.1',
    'port': 6379,
    'password': '123456',
    'db': 0
}, event_handler=event_handler)

times = int(time.time())

print('Current Time is ' + time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S', time.localtime(times)))

t.run()

1. 添加需要延时触发事件ID

import TimerEvent
import time

te = TimerEvent(redis_conf={
    'host': '127.0.0.1',
    'port': 6379,
    'password': '123456',
    'db': 0
})

times = int(time.time())

print(time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S', time.localtime(times)))

after_seconds_alert = 20

for x in range(100):
    te.add(x, times + after_seconds_alert + x)

print('Firs Emit will happened at ' + time.strftime(
    'Start:%Y-%m-%d %H:%M:%S',
    time.localtime(times + after_seconds_alert))
)

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