概 述

在之前文章中實現(xiàn)的定時器跷跪，都是以固定的頻率調(diào)用心搏函數(shù)tick()万俗，從而處理到期的定時器任務(wù)康二。時間堆則采用另一種思路：將所有定時器中到期時間最小的值作為心搏間隔嫡纠。當(dāng)調(diào)用心搏函數(shù)時，此定時器任務(wù)必定到期丸冕，處理完此定時器任務(wù)后耽梅，再從所有定時器中到期時間最小的那個，將此到期時間設(shè)為下一次的心搏間隔胖烛，如此反復(fù)眼姐，實現(xiàn)定時。

實 現(xiàn)

從時間堆定時器的設(shè)計思路中不難看出佩番，使用小根堆結(jié)構(gòu)最適合處理這種方案众旗。我們通過對STL中priority_queue<>的封裝來實現(xiàn)時間堆(有關(guān)優(yōu)先級隊列的知識這里不做展示了)。書中則是手寫了一個基于數(shù)組的小根堆來實現(xiàn)時間堆趟畏，感興趣的可以自行學(xué)習(xí)下贡歧，這里也不再展示。示例代碼如下：

//TimerHeap.h
#include <netinet/in.h>
#include <functional>
#include <vector>
#include <queue>

#define BUFFER_SIZE 0xFFFF  //緩存區(qū)數(shù)據(jù)大小
#define TIMESLOT    30      //定時時間

class heap_timer; //前向聲明

// 客戶端數(shù)據(jù)
struct client_data {
    sockaddr_in address;
    int sockfd;
    char buf[BUFFER_SIZE];
    heap_timer *timer;
};

// 定時器類
class heap_timer {
public:
    heap_timer(int delay) {
        expire = time(nullptr) + delay;
    }
public:
    time_t expire; //定時器生效的絕對時間
    std::function<void(client_data *)> callBackFunc; //回調(diào)函數(shù)
    client_data *user_data; //用戶數(shù)據(jù)
};

struct cmp { //比較函數(shù)赋秀，實現(xiàn)小根堆
    bool operator () (const heap_timer* a, const heap_timer* b) {
        return a->expire > b->expire;
    }
};

class TimerHeap {
public:
    explicit TimerHeap();
    ~TimerHeap();

public:
    void AddTimer(heap_timer *timer); //添加定時器
    void DelTimer(heap_timer *timer); //刪除定時器
    void Tick(); //心搏函數(shù)
    heap_timer* Top();

private:
    std::priority_queue<heap_timer *, std::vector<heap_timer *>, cmp> m_timer_pqueue; //時間堆
};

//TimerHeap.cpp
#include "TimerHeap.h"

TimerHeap::TimerHeap() = default;

TimerHeap::~TimerHeap() {
    while (!m_timer_pqueue.empty()) {
        delete m_timer_pqueue.top();
        m_timer_pqueue.pop();
    }
}

void TimerHeap::AddTimer(heap_timer *timer) {
    if (!timer) return;
    m_timer_pqueue.emplace(timer);
}

void TimerHeap::DelTimer(heap_timer *timer) {
    if (!timer) return;
    // 將目標(biāo)定時器的回調(diào)函數(shù)設(shè)為空利朵，即延時銷毀
    // 減少刪除定時器的開銷，但會擴大優(yōu)先級隊列的大小
    timer->callBackFunc = nullptr;
}

void TimerHeap::Tick() {
    time_t cur = time(nullptr);
    while (!m_timer_pqueue.empty()) {
        heap_timer *timer = m_timer_pqueue.top();
        //堆頂定時器沒有到期猎莲，退出循環(huán)
        if (timer->expire > cur) break;
        //否則執(zhí)行堆頂定時器中的任務(wù)
        if (timer->callBackFunc) timer->callBackFunc(timer->user_data);
        m_timer_pqueue.pop();
    }
}

heap_timer *TimerHeap::Top() {
    if (m_timer_pqueue.empty()) return nullptr;
    else return m_timer_pqueue.top();
}

運 用

因為時間堆以最小到期時間作為心搏間隔绍弟，所以我們在服務(wù)器類中定義一個變量來記錄當(dāng)前是否在進(jìn)行定時任務(wù)，從而來判斷是否觸發(fā)SIGALRM信號著洼，核心代碼如下：

// SIGALRM信號處理函數(shù)
void Server::TimerHandler() {
    m_timerHeap.Tick(); //調(diào)用時間堆的心搏函數(shù) Tick() 處理到期的任務(wù)
    heap_timer *tmp = nullptr;
    //判斷當(dāng)前是否在進(jìn)行定時任務(wù)晌柬，沒有則觸發(fā) SIGALRM 信號
    if (!s_isAlarm && (tmp = m_timerHeap.Top())) { 
        time_t delay = tmp->expire - time(nullptr);
        if (delay <= 0) delay = 1;
        alarm(delay); //觸發(fā) SIGALRM 信號
        s_isAlarm = true; //設(shè)置當(dāng)前已有定時任務(wù)在進(jìn)行
    }
}

// 定時器回調(diào)函數(shù)
void Server::TimerCallBack(client_data *user_data) {
    epoll_ctl(s_epollFd, EPOLL_CTL_DEL, user_data->sockfd, 0);
    if (user_data) {
        close(user_data->sockfd);
        s_clientsList.remove(user_data->sockfd);
        s_isAlarm = false; //設(shè)置當(dāng)前沒有進(jìn)行定時任務(wù)
        cout << "Server: close socket fd : " << user_data->sockfd << endl;
    }
}

void Server::Run() {
    //...
    while (!stop_server) {
        //... epoll_wait        

        for (int i = 0; i < ret; ++i) {
            int sockfd = events[i].data.fd;
            if (sockfd == sock_fd) { //處理新的客戶端連接
                //...accept
                
                //創(chuàng)建定時器
                heap_timer *timer = new heap_timer(TIMESLOT);
                timer->user_data = &m_user[conn_fd];
                timer->callBackFunc = TimerCallBack;
                m_timerHeap.AddTimer(timer);
                if (!s_isAlarm) { //當(dāng)前沒有進(jìn)行定時任務(wù)
                    s_isAlarm = true;
                    alarm(TIMESLOT); //觸發(fā) SIGALRM 信號
                }
                
            } else if ((sockfd == pipefd[0]) && (events[i].events & EPOLLIN)) { //處理信號
                //...
            } else if (events[i].events & EPOLLIN) { //處理客戶端數(shù)據(jù)
                //...
                heap_timer *timer = m_user[sockfd].timer;
                
                // 更新時間堆定時器
                if (timer) {
                    timer->expire += TIMESLOT;
                    // 更新定時器后姥份，需要設(shè)置當(dāng)前沒有進(jìn)行定時任務(wù)
                    // 從而在 TimerHandler() 中重新觸發(fā) SIGALRM 信號
                    s_isAlarm = false;
                }

            } else {
                //...
            }
        }
        //...處理定時任務(wù)
    }
    //... close
    return 0;
}

服務(wù)器程序的運行結(jié)果與之前實現(xiàn)的定時器類似，這里就不展示了年碘。
更多內(nèi)容，詳見GitHub：ChatRoomServer