Timer的实现方式

Timer有多种实现方式，CyberRT采用了时间轮(TimingWheel)方式。关于Timing Wheels的详细描述可以参考附录的链接。此处不赘述。

CyberRT Timer的类构成

实现细节

Timer

Timer类是门户，但定时器真正的核心是TimingWheel。
Timer的定义相对简单，基本就是传入period（多久后触发）、callback（触发后执行的函数）、oneshot（执行一次，还是循环执行）创建定时器，然后调用Start()启动定时器。调用Stop()停止定时器。

测试样例可以再Timer_test.cc中找到。

Timer的调用Start()后，会调用InitTimerTask()创建一个新的TimerTask, 然后通过timing_wheel_->AddTask(task_)添加到时间轮对应的slot上。

TimerTask指针是时间轮调度操作的单元。Timer::InitTimerTask()函数较长，主要是对循环调用场景下task_->callback的Lambda定义。

对于循环场景，我们需要下一次调度的准确时间，所以我们需要计算函数的执行时间execute_time_ms和累积的错误时间accumulated_error_ms。

函数执行消耗时间execute_time_ms比较容易理解， 累积的错误时间accumulated_error_ms第一次看到时，容易让人疑惑。下面用一个简单的例子来解释一下。

假设定时器tick为2ms。一个循环执行的timer，每11ms执行一次。所以第一次会向上取整，落到第12ms这个tick上。到时触发后，执行耗时2ms，此时当前tick为第14ms这个tick。

我们准备重新将timer加入到定时器中，下一次执行时间该是多少呢？如果没有accumulated_error_ms，我们会计算得到 11 - 2 = 9， 使用当前时间14 + 9 = 23，向上取整的到了24。也就是说下一次会在第24ms时触发。这和我们理想情况下第二次22ms触发整整差了2ms。如果没有accumulated_error_ms，越往后累积偏差越大，这样精确性就得不到保障了。

下面我们看下考虑到accumulated_error_ms后的情况。我们通过

accumulated_error_ms += start(当前时刻) - last_execute_time_ms(执行耗时) - interval_ms = 14 - 2 - 11 = 1

的到了accumulated_error_ms=1，在随后的计算中

next_fire_duration_ms= interval_ms-execute_time_ms-accumulated_error_ms= 11 - 2 - 1 = 8

的到了下一次触发间隔时间next_fire_duration_ms=8
也就是说在14（当前时刻）+ 8 = 22ms时触发，这和我们期望的时间完全一致，时间精确性的到了最大限度地保障。

TimingWheel

CyberRT使用了两个时间轮，一个主时间轮和一个辅助时间轮。
主时间轮512个slot，tick为2ms，可以承载1024ms。
副时间轮64个slot，一个slot对应1024ms。当主时间轮运行一周后，会从副时间轮对应slot中取出task（时间范围1024ms）应用到主时间轮上，继续执行。

所以可以设置的最大间隔为 TIMER_MAX_INTERVAL_MS = 65536ms，约为65秒。

static const uint64_t WORK_WHEEL_SIZE = 512;
static const uint64_t ASSISTANT_WHEEL_SIZE = 64;
static const uint64_t TIMER_RESOLUTION_MS = 2;
static const uint64_t TIMER_MAX_INTERVAL_MS =
    WORK_WHEEL_SIZE * ASSISTANT_WHEEL_SIZE * TIMER_RESOLUTION_MS;  //65536，约65s左右。

  TimerBucket work_wheel_[WORK_WHEEL_SIZE];           //主时间轮
  TimerBucket assistant_wheel_[ASSISTANT_WHEEL_SIZE]; //辅助时间轮

Timer主线程

主线程运行TickFunc函数，代码如下：

1. Tick()函数是执行当前slot中到期的所有TimerTask。
2. rate.Sleep() 负责精确休眠tick时间，即2ms。
3. 更新时间轮index
4. 如果时间轮走过一圈，则调用Cascade()从辅助时间轮中取对应slot的TimerTask部署到主时间轮上。
   

AddTask函数

AddTask根据current_work_wheel_index + next_fire_duration_ms/TIMER_RESOLUTION_MS 得到对应的时间轮index。

1. 如果index 没有超过WORK_WHEEL_SIZE,则直接插入到对应slot。
   

2. 如果index超过WORK_WHEEL_SIZE，但是assistant_ticks为1并且index小于当前时间的index。
   

3. assistant_ticks为1且work index>= current index或者assistant_ticks > 1
   示例：assistant_ticks=2，直接将任务插入到当前assistant wheel index + 2的slot中。
   
   

附录

Timing Wheels