承接上文
承接上一篇文章【算法数据结构专题】「延时队列算法」史上手把手教你针对层级时间轮(TimingWheel)实现延时队列的开发实战落地(上)】我们基本上对层级时间轮算法的基本原理有了一定的认识,本章节就从落地的角度进行分析和介绍如何通过Java进行实现一个属于我们自己的时间轮服务组件,最后,在告诉大家一下,其实时间轮的技术是来源于生活中的时钟。
时间轮演示结构总览
无序列表时间轮
【无序列表时间轮】主要是由LinkedList链表和启动线程、终止线程实现。
遍历定时器中所有节点,将剩余时间为 0s 的任务进行过期处理,在执行一个周期。
- 无序链表:每一个延时任务都存储在该链表当中(无序存储)。
- 启动线程: 直接在链表后面push ,时间复杂度 O(1)。
- 终止线程: 直接在链表中删除节点,时间复杂度 O(1) 。
遍历周期:需要遍历链表中所有节点,时间复杂度 O(n),所以伴随着链表中的元素越来越多,速度也会越来越慢!
无序列表时间轮的长度限制了其适用场景,这里对此进行优化。因此引入了有序列表时间轮。
有序列表时间轮
与无序列表时间轮一样,同样使用链表进行实现和设计,但存储的是绝对延时时间点。
- 启动线程:有序插入,比较时间按照时间大小有序插入,时间复杂度O(n),主要耗时在插入操作。
- 终止线程:链表中查找任务,删除节点,时间复杂度O(n),主要耗时在插入操作。
找到执行最后一个过期任务即可,无需遍历整个链表,时间复杂度 O(1),从上面的描述「有序列表定时器」的性能瓶颈在于插入时的任务排序,但是换来的就是缩短了遍历周期。
所以我们如果要提高性,就必须要提升一下插入和删除以及检索的性能,因此引入了「树形有序列表时间轮」在「有序列表定时器」的基础上进行优化,以有序树的形式进行任务存储。
树形有序列表时间轮
- 启动定时器: 有序插入,比较时间按照时间大小有序插入,时间复杂度 O(logn)
- 终止定时器: 在链表中查找任务,删除节点,时间复杂度 O(logn)
- 周期清算: 找到执行最后一个过期任务即可,无需遍历整个链表,时间复杂度 O(1)
层级时间轮
整体流程架构图,如下所示。
对应的原理,在这里就不进行赘述了,之前本人已经有两篇文章对层级式时间轮进行了较为详细的介绍了,有需要的小伙伴,可以直接去前几篇文章去学习,接下来我们进行相关的实现。
时间轮数据模型
时间轮(TimingWheel)是一个存储定时任务的环形队列,数组中的每个元素可以存放一个定时任务列表,其中存放了真正的定时任务,如下图所示。
时间轮的最基本逻辑模型,由多个时间格组成,每个时间格代表当前时间轮的基本时间跨度(tickMs),所以我们先来设计和定义开发对应的时间轮的轮盘模型。命名为Roulette类。
轮盘抽象类-Roulette
之所以定义这个抽象类
public abstract class Roulette {
// 链表数据-主要用于存储每个延时任务节点
List<TimewheelTask> tasks = null;
// 游标指针索引
protected int index;
// 时间轮轮盘的容量大小,如果是分钟级别,一般就是60个格
protected int capacity;
// 时间轮轮盘的层级,如果是一级,它的上级就是二级
protected Integer level;
private AtomicInteger num = new AtomicInteger(0);
// 构造器
public Roulette(int capacity, Integer level) {
this.capacity = capacity;
this.level = level;
this.tasks = new ArrayList<>(capacity);
this.index = 0;
}
// 获取当前下表的索引对应的时间轮的任务
public TimewheelTask getTask() {
return tasks.get(index);
}
// init初始化操作机制
public List<TimewheelTask> init() {
long interval = MathTool.power((capacity + 1), level);
long add = 0;
TimewheelTask delayTask = null;
for (int i = 0; i < capacity; i++) {
add += interval;
if (level == 0) {
delayTask = new DefaultDelayTask(level);
} else {
delayTask = new SplitDelayTask(level);
}
//已经转换为最小的时间间隔
delayTask.setDelay(add, TimeUnitProvider.getTimeUnit());
tasks.add(delayTask);
}
return tasks;
}
// 索引下标移动
public void indexAdd() {
this.index++;
if (this.index >= capacity) {
this.index = 0;
}
}
// 添加对应的任务到对应的队列里面
public void addTask(TimewheelTask task) {
tasks.add(task);
}
// 给子类提供的方法进行实现对应的任务添加功能
public abstract void addTask(int interval, MyTask task);
}
时间轮盘的熟悉信息介绍
链表数据-主要用于存储每个延时任务节点。
List<TimewheelTask> tasks = null;
tasks也可以改成双向链表 + 数组的结构:即节点存贮的对象中有指针,组成环形,可以通过数组的下标灵活访问每个节点,类似 LinkedHashMap。
游标指针索引
protected int index;
时间轮轮盘的容量大小,如果是分钟级别,一般就是60个格
protected int capacity;
时间轮轮盘的层级,如果是一级,它的上级就是二级
protected Integer level;
init初始化时间轮轮盘对象模型,主要用于分配分配每一个轮盘上面元素的TimewheelTask,用于延时队列的执行任务线程,已经分配对应的每一个节点的延时时间节点数据。
public List<TimewheelTask> init() {
// 那么整个时间轮的总体时间跨度(interval)
long interval = MathTool.power((capacity + 1), level);
long add = 0;
TimewheelTask delayTask = null;
for (int i = 0; i < capacity; i++) {
add += interval;
if (level == 0) {
delayTask = new ExecuteTimewheelTask(level);
} else {
delayTask = new MoveTimewheelTask(level);
}
//已经转换为最小的时间间隔
del