C++八股 —— 手撕定时器

来自：腾讯百度C++二面：手撕定时器_哔哩哔哩_bilibili

腾讯、网易、百度C++：

手撕定时器

相关概念参考：

• C++八股——函数对象、Lambda、bind、function_c++八股文-CSDN博客
• C++八股——网络编程之IO多路复用-CSDN博客

1. 什么是定时器

定时器（Timer）是用来管理大量延时任务（异步执行，一般用回调函数）的模块，它会触发执行最近将要超时的任务。

2. 需要考虑的问题吧

• 如何选择数据结构

  需要满足以下要求：

  • 触发时刻作为key，任务作为val
  • 能快速找到最近要超时的任务
  • 触发后要删除该任务且支持随时删除任务
  • 允许相同时刻触发任务

  一些框架中使用的数据结构是最小堆、红黑树和时间轮。

  这里我们可以使用STL中的multimap（基于红黑树）

• 设计“任务”

  使用函数对象

• 如何触发

  • 使用epoll_wait中的第四个参数 —— 超时参数
  • timerfd有三个接口，记忆难度较大，可以不考虑

3. 接口设计

• 添加一个延时任务
• 删除一个延时任务
• 检测触发延时任务

4. 完整代码

timer.h

#include <sys/epoll.h>
#include <functional>
#include <chrono>
#include <map>
#include <memory>
#include <iostream>class Timer;
class TimerTask {friend class Timer;
public:using Callback = std::function<void(TimerTask* task)>;TimerTask(uint64_t addtime, uint64_t exectime, Callback func) {m_addtime = addtime;m_exectime = exectime;m_func = std::move(func);}uint64_t AddTime() const {return m_addtime;}uint64_t ExecTime() const {return m_exectime;}private:void run() {m_func(this);}uint64_t m_addtime;uint64_t m_exectime;Callback m_func;
};class Timer {using Millisecond = std::chrono::milliseconds;
public:static uint64_t GetTick() {// 获取系统启动到现在时刻经过的时间auto sc = std::chrono::time_point_cast<Millisecond>(std::chrono::steady_clock::now());auto temp = std::chrono::duration_cast<Millisecond>(sc.time_since_epoch());return temp.count();}// 添加定时器,std::shared_ptr<TimerTask> AddTimeout(uint64_t offset, TimerTask::Callback func) {uint64_t now = GetTick();uint64_t exectime = now + offset;auto task = std::make_shared<TimerTask>(now, exectime, std::move(func));if (m_timeouts.empty() || exectime >= m_timeouts.crbegin()->first) {auto ele = m_timeouts.emplace_hint(m_timeouts.end(), exectime, task);return ele->second;}auto ele = m_timeouts.emplace(exectime, task);return ele->second;}// 删除定时器，由于存在多个同时触发的定时器，所以需要在满足触发时间的任务重寻找需要删除的定时器void DelTimeout(std::shared_ptr<TimerTask> task) {auto range = m_timeouts.equal_range(task->ExecTime());for (auto it = range.first; it != range.second;) {if (it->second == task) {it = m_timeouts.erase(it);} else {++it;}}}// 更新定时器void Update(uint64_t now) {auto it = m_timeouts.begin();while (it != m_timeouts.end() && it->first <= now) {it->second->run();// delete it->second;it = m_timeouts.erase(it);}}// 获取最近的超时时间int WaitTime() {auto it = m_timeouts.begin();if (it == m_timeouts.end()) {return -1;}int diss = it->first - GetTick();return diss > 0 ? diss : 0;}private:std::multimap<uint64_t, std::shared_ptr<TimerTask>> m_timeouts;
};

example.cpp

#include "timer.h"using namespace std;int main() {int epfd = epoll_create(1);unique_ptr<Timer> timer = make_unique<Timer>();int i = 0;timer->AddTimeout(1000, [&](TimerTask* task) {cout << Timer::GetTick() << " addtime:" << task->AddTime() << " revoked times:" << ++i << endl;});timer->AddTimeout(2000, [&](TimerTask* task) {cout << Timer::GetTick() << " addtime:" << task->AddTime() << " revoked times:" << ++i << endl;});timer->AddTimeout(3000, [&](TimerTask* task) {cout << Timer::GetTick() << " addtime:" << task->AddTime() << " revoked times:" << ++i << endl;});auto task = timer->AddTimeout(2100, [&](TimerTask* task) {cout << Timer::GetTick() << " addtime:" << task->AddTime() << " revoked times:" << ++i << endl;});timer->DelTimeout(task);cout << "now time:" << Timer::GetTick() << endl;epoll_event ev[64] = {};while(true) {cout << "waittime:" << timer->WaitTime() << endl;int n = epoll_wait(epfd, ev, 64, timer->WaitTime());time_t now = Timer::GetTick();for (int i = 0; i < n; i++) {/**/}timer->Update(now);}return 0;
}

5. 性能优化

• 针对 不同功能或不同对象 设置定时器

• 针对多线程进行优化：一个时间线程一个定时器 或者 单独时间轮线程

• 针对有规律的定时任务（有大量相同时间间隔的延时任务）

  采用emplace_hint接口，如timer.h中的52 - 55

  emplace_hint函数可以在指定的迭代器后面插入元素，它可以提高插入效率，因为它减少了元素的移动和复制操作。通过提供插入位置的提示，emplace_hint 可以尽可能地减少容器的重新分配和元素的移动，特别是在有序容器中插入元素时，这种优化尤为明显。