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时间轮定时器HashedWheelTimer

news 2025/8/28 12:53:20

HashedWheelTimer 是 Netty 框架提供的一种高效定时任务调度器，基于 哈希轮（Hashed Wheel） 数据结构实现，专门用于处理大量短延迟的定时任务，性能优于 JDK 原生的 Timer 或 ScheduledExecutorService。

一、核心原理：哈希轮（Hashed Wheel）

可以把哈希轮想象成一个 “时钟表盘”：

轮盘（Wheel）：一个数组，每个元素称为 “槽位（Bucket）”，每个槽位对应一个固定的时间间隔（如 10ms）。
指针（Tick）：轮盘会按固定频率（如每 10ms）转动一次，指针指向当前需要处理的槽位。
任务（Task）：提交的定时任务会根据延迟时间被分配到对应槽位，当指针转到该槽位时，任务被触发执行。

例如：

若轮盘有 10 个槽位，每个槽位代表 10ms，则一轮（转完所有槽位）耗时 100ms。
一个延迟 35ms 的任务，会被分配到第 3 个槽位（35ms ÷ 10ms = 3.5 → 向下取整到第 3 槽），指针转动 3 次后执行。

二、关键特性

高效处理大量任务
传统定时器（如 Timer）通过优先级队列存储任务，每次添加 / 执行任务都需要排序，时间复杂度为 O (logN)。
哈希轮通过数组直接定位槽位，添加任务的时间复杂度为 O (1)，适合高并发场景（如同时提交数万定时任务）。
单线程驱动
内部只有一个工作线程（Worker Thread）负责 “转动轮盘” 和触发任务，避免多线程竞争开销。
⚠️ 注意：任务执行逻辑若耗时较长，会阻塞后续任务，建议通过线程池异步执行（如你代码中的 appTaskExecutor）。
时间精度可控
精度由 槽位间隔（tick duration） 决定（如 10ms 间隔的轮盘，最小延迟精度为 10ms）。
间隔越小，精度越高，但轮盘转动频率越高，CPU 消耗越大（需根据业务平衡）。

三、核心参数（构造函数）

public HashedWheelTimer(ThreadFactory threadFactory,    // 线程工厂（用于创建工作线程）long tickDuration,             // 槽位间隔（每个槽位的时间，如 10ms）TimeUnit unit,                 // 槽位间隔的时间单位int ticksPerWheel,             // 轮盘槽位数量（建议为 2 的幂，如 512、1024）boolean leakDetection,         // 是否启用内存泄漏检测long maxPendingTimeouts        // 最大等待任务数（超过则拒绝）
)

常用简化构造：

// 示例：槽位间隔 10ms，槽位数量 512
HashedWheelTimer timer = new HashedWheelTimer(10, TimeUnit.MILLISECONDS, 512);

四、基本使用流程

创建定时器

HashedWheelTimer timer = new HashedWheelTimer(10, TimeUnit.MILLISECONDS, 512);

提交延迟任务
通过 newTimeout 方法提交任务，返回 Timeout 对象（任务句柄，可用于取消任务）：

// 延迟 3 秒执行任务
Timeout timeout = timer.newTimeout(// 任务逻辑（TimerTask 接口，Lambda 简化实现）timeout -> {System.out.println("任务执行：" + System.currentTimeMillis());},3,          // 延迟时间TimeUnit.SECONDS  // 时间单位
);

取消任务（若任务未执行）

if (!timeout.isExpired()) {  // 判断任务是否已执行timeout.cancel();        // 取消任务
}

关闭定时器（释放资源）

timer.stop();  // 停止工作线程，释放资源

五、适用场景

短延迟、高并发任务：如 RPC 超时控制、连接心跳检测、短期缓存过期清理。
需要低延迟调度：相比 ScheduledExecutorService，哈希轮的调度延迟更低。

不适用场景：

长时间延迟任务（如几小时后执行）：会占用轮盘槽位，浪费资源。
任务执行耗时较长：会阻塞单工作线程，需配合线程池使用。

六、与 JDK 定时器的对比

特性	`HashedWheelTimer`	`ScheduledExecutorService`
数据结构	哈希轮（数组）	优先级队列
添加任务复杂度	O(1)	O(logN)
线程模型	单线程驱动	多线程（可配置核心线程数）
精度控制	由槽位间隔决定（如 10ms）	毫秒级（理论精度更高）
大量任务性能	优秀（适合高并发）	一般（队列排序开销大）