原創： 58沈劍 架構師之路 2017-03-09

一、緣起

很多時候，業務有定時任務或者定時超時的需求，當任務量很大時，可能需要維護大量的timer，或者進行低效的掃描。

例如：58到家APP實時訊息通道系統，對每個使用者會維護一個APP到伺服器的TCP連線，用來實時收發訊息，對這個TCP連線，有這樣一個需求：“如果連續30s沒有請求包（例如登入，訊息，keepalive包），服務端就要將這個使用者的狀態置為離線”。

其中，單機TCP同時線上量約在10w級別，keepalive請求包大概30s一次，吞吐量約在3000qps。

一般來說怎麼實現這類需求呢？

“輪詢掃描法”

1）用一個Map<uid, last_packet_time>來記錄每一個uid最近一次請求時間last_packet_time

2）當某個使用者uid有請求包來到，實時更新這個Map

3）啟動一個timer，當Map中不為空時，輪詢掃描這個Map，看每個uid的last_packet_time是否超過30s，如果超過則進行超時處理

“多timer觸發法”

1）用一個Map<uid, last_packet_time>來記錄每一個uid最近一次請求時間last_packet_time

2）當某個使用者uid有請求包來到，實時更新這個Map，並同時對這個uid請求包啟動一個timer，30s之後觸發

3）每個uid請求包對應的timer觸發後，看Map中，檢視這個uid的last_packet_time是否超過30s，如果超過則進行超時處理

方案一：只啟動一個timer，但需要輪詢，效率較低

方案二：不需要輪詢，但每個請求包要啟動一個timer，比較耗資源

特別在同時線上量很大時，很容易CPU100%，如何高效維護和觸發大量的定時/超時任務，是本文要討論的問題。

二、環形佇列法

廢話不多說，三個重要的資料結構：

1）30s超時，就建立一個index從0到30的環形佇列（本質是個陣列）

2）環上每一個slot是一個Set<uid>，任務集合

3）同時還有一個Map<uid, index>，記錄uid落在環上的哪個slot裡

同時：

1）啟動一個timer，每隔1s，在上述環形佇列中移動一格，0->1->2->3…->29->30->0…

2）有一個Current Index指標來標識剛檢測過的slot

當有某使用者uid有請求包到達時：

1）從Map結構中，查找出這個uid儲存在哪一個slot裡

2）從這個slot的Set結構中，刪除這個uid

3）將uid重新加入到新的slot中，具體是哪一個slot呢 => Current Index指標所指向的上一個slot，因為這個slot，會被timer在30s之後掃描到

4）更新Map，這個uid對應slot的index值

哪些元素會被超時掉呢？

Current Index每秒種移動一個slot，這個slot對應的Set<uid>中所有uid都應該被集體超時！如果最近30s有請求包來到，一定被放到Current Index的前一個slot了，Current Index所在的slot對應Set中所有元素，都是最近30s沒有請求包來到的。

所以，當沒有超時時，Current Index掃到的每一個slot的Set中應該都沒有元素。

優勢：

（1）只需要1個timer

（2）timer每1s只需要一次觸發，消耗CPU很低

（3）批量超時，Current Index掃到的slot，Set中所有元素都應該被超時掉

三、總結

這個環形佇列法是一個通用的方法，Set和Map中可以是任何task，本文的uid是一個最簡單的舉例。

HashedWheelTimer也是類似的原理，有興趣的同學可以百度一下這個資料結構，Netty中的一個工具類，希望大家有收穫，幫忙轉發一下哈。