从零开始实现一个C++高性能服务器框架----定时器模块

news/2025/2/12 0:18:36/

此项目是根据sylar框架实现，是从零开始重写sylar，也是对sylar丰富与完善
项目地址：https://gitee.com/lzhiqiang1999/server-framework

简介

项目介绍：实现了一个基于协程的服务器框架，支持多线程、多协程协同调度；支持以异步处理的方式提高服务器性能；封装了网络相关的模块，包括socket、http、servlet等，支持快速搭建HTTP服务器或WebSokcet服务器。
详细内容：日志模块，使用宏实现流式输出，支持同步日志与异步日志、自定义日志格式、日志级别、多日志分离等功能。线程模块，封装pthread相关方法，封装常用的锁包括（信号量，读写锁，自旋锁等）。IO协程调度模块，基于ucontext_t实现非对称协程模型，以线程池的方式实现多线程，多协程协同调度，同时依赖epoll实现了事件监听机制。定时器模块，使用最小堆管理定时器，配合IO协程调度模块可以完成基于协程的定时任务调度。hook模块，将同步的系统调用封装成异步操作（accept, recv, send等），配合IO协程调度能够极大的提升服务器性能。Http模块，封装了sokcet常用方法，支持http协议解析，客户端实现连接池发送请求，服务器端实现servlet模式处理客户端请求，支持单Reator多线程，多Reator多线程模式的服务器。

定时器

  • 采用最小堆设计，所有定时器根据绝对的超时时间点进行排序，每次取出离当前时间最近的一个超时时间点，计算出超时需要等待的时间，然后等待超时。超时时间到后，获取当前的绝对时间点，然后把最小堆里超时时间点小于这个时间点的定时器都收集起来，执行它们的回调函数。
  • 超时等待基于epoll_wait，精度只支持毫秒级，因为epoll_wait的超时精度也只有毫秒级。
  • IO协程调度器继承定时器，当添加一个定时任务（如果添加在了第一个位置，需要tikle一下，通知epoll_wait，这样就会重新设置epoll_wait的超时时间），idle方法中，拿到最先执行的定时器的等待时间（getNextTime），给epoll_wait，这样epoll_wait可以一边等事件，一边等定时器，当时间到了，就会把需要执行（时间已经到了listExpiredCb()）的定时器拿出来（如果是循环定时器，就会又放回到定时器管理对象中），加入任务协程队列，有事件触发，将事件处理函数加入任务协程，idle协程暂停（YieldToHoldBySwap()）。

1. 主要功能

  • 使用最小堆完成定时器封装
  • 支持循环定时器，执行循环定时任务
  • 支持创建条件定时器，定时器触发与否依赖于绑定的条件
  • 配合IO协程调度模块可以完成基于协程的定时任务调度

2. 功能演示

void test_timer()
{johnsonli::IOManager iom(1);iom.schedule(&test_fiber1);// 1s触发一次s_timer = iom.addTimer(1000, [](){static int i = 0;LOG_INFO(g_logger) << "timer test " << i;if(++i == 3){s_timer->reset(2000, true);	// 3s后设为2s触发一次定时器s_timer->cancel();}}, true);}

3. 模块介绍

3.1 Timer

  • 定时器。主要是封装了定时器绝对时间，相对时间，是否重复执行，定时任务回调函数，以及定时器的相关方法。imer的构造函数被定义成私有方式，只能通过TimerManager类来创建Timer对象。除此外，Timer类还提供了一个仿函数Comparator，用于比较两个Timer对象，比较的依据是绝对超时时间。
class TimerManager;
//定时器类
class Timer : public std::enable_shared_from_this<Timer> 
{friend TimerManager;
public:typedef std::shared_ptr<Timer> ptr;bool cancel();		// 取消定时器bool refresh();		// 刷新设置定时器的执行时间/*** @brief 重置定时器时间* @param[in] ms 定时器执行间隔时间(毫秒)* @param[in] from_now 是否从当前时间开始计算*/bool reset(uint64_t ms, bool from_now);private:Timer(uint64_t ms, std::function<void()> cb, bool recurring, TimerManager* manager);Timer(uint64_t next);private://比较器，给set用，按时间从小到大排序struct Comperator{bool operator()(const Timer::ptr& lhs, const Timer::ptr& rhs) const;};private:bool m_recurring = false;           //是否循环定时器uint64_t m_ms = 0;                  //执行周期，等待的时间，ms后执行uint64_t m_next = 0;                //下一次要执行的时间，当前时间 + m_ms周期std::function<void()> m_cb;         //回调函数TimerManager* m_manager = nullptr;  //当前timer在哪个timer管理对象内};

3.2 TimerManager

  • 基于最小堆的定时器管理类。所有的Timer对象都由TimerManager类进行管理，TimerManager包含一个std::set类型的Timer集合，这个集合就是定时器的最小堆结构，因为set里的元素总是排序过的，所以总是可以很方便地获取到当前的最小定时器。TimerManager提供创建定时器，获取最近一个定时器的超时时间，以及获取全部已经超时的定时器回调函数的方法，并且提供了一个onTimerInsertedAtFront()方法，这是一个虚函数，由IOManager继承时实现，当新的定时器插入到Timer集合的首部时，TimerManager通过该方法来通知IOManager立刻更新当前的epoll_wait超时。
//定时器管理类
class TimerManager
{friend Timer;
public:typedef RWMutex RWMutexType;TimerManager();virtual ~TimerManager();Timer::ptr addTimer(uint64_t ms, std::function<void()> cb,bool recurring = false);//weak_cond：满足条件再执行，智能指针=0时，就不触发Timer::ptr addConditionTimer(uint64_t ms, std::function<void()> cb,std::weak_ptr<void> weak_cond,bool recurring = false);//获取最近一次定时器执行，还需要等待的时间uint64_t getNextTimer();//将那些应该执行，但没有执行的定时器删除，并将其回调方法添加到cbsvoid listExpiredCb(std::vector<std::function<void()>>& cbs);protected:/*** @brief 当有新的定时器插入到定时器的首部,执行该函数*/virtual void onTimerInsertedAtFront() = 0;/*** @brief 将定时器添加到管理器中，如果加在第一个，就会触发onTimerInsertedAtFront*/void addTimer(Timer::ptr val, RWMutexType::WriteLock& lock);private:/*** @brief 检测服务器时间是否被调前了*/bool detectClockRollover(uint64_t now_ms);private:RWMutexType m_mutex;std::set<Timer::ptr, Timer::Comperator> m_timers;		// 最小堆bool m_tickled = false; 								// 是否触发了onTimerInsertedAtFrontuint64_t m_previouseTime = 0;		
};
  • 支持创建条件定时器addConditionTimer。在创建定时器时绑定一个变量，在定时器触发时判断一下该变量是否仍然有效，如果变量无效，那就取消触发。
 static void OnTimer(std::weak_ptr<void> weak_cond, std::function<void()> cb){//当wealk ptr还有计数时，lock才会返回其智能指针，否则tmp为空std::shared_ptr<void> tmp = weak_cond.lock();if(tmp){cb();}}//weak_cond：满足条件再执行，智能指针=0时，就不触发Timer::ptr TimerManager::addConditionTimer(uint64_t ms, std::function<void()> cb,std::weak_ptr<void> weak_cond,bool recurring){return addTimer(ms, std::bind(&OnTimer, weak_cond, cb), recurring);}

3.3 IOManager继承TimerManager

  • IOManager通过继承的方式获得TimerManager类的所有方法，这种方式相当于给IOManager外挂了一个定时器管理模块。
class IOManager : public Scheduler, public TimerManager {
...
}
  • 为支持定时器功能，需要重新改造idle协程的实现，epoll_wait应该根据下一个定时器（最小堆的第一个定时器）的超时时间来设置超时参数。同时，还需要将到期的定时器任务加入到任务协程队列，由调度器统一调度。
void IOManager::idle() {// 一次epoll_wait最多检测256个就绪事件，如果就绪事件超过了这个数，那么会在下轮epoll_wati继续处理const uint64_t MAX_EVNETS = 256;epoll_event *events       = new epoll_event[MAX_EVNETS]();std::shared_ptr<epoll_event> shared_events(events, [](epoll_event *ptr) {delete[] ptr;});while (true) {// 获取下一个定时器的超时时间，顺便判断调度器是否停止uint64_t next_timeout = 0;if(stopping(next_timeout)) {next_timeout = getNextTimer();LOG_DEBUG(g_logger) << "name=" << getName() << "idle stopping exit";break;}// 阻塞在epoll_wait上，等待事件发生或定时器超时int rt = 0;do{// 默认超时时间5秒，如果下一个定时器的超时时间大于5秒，仍以5秒来计算超时，避免定时器超时时间太大时，epoll_wait一直阻塞static const int MAX_TIMEOUT = 5000;if(next_timeout != ~0ull) {next_timeout = std::min((int)next_timeout, MAX_TIMEOUT);} else {next_timeout = MAX_TIMEOUT;}rt = epoll_wait(m_epfd, events, MAX_EVNETS, (int)next_timeout);if(rt < 0 && errno == EINTR) {continue;} else {break;}} while(true);// 收集所有已超时的定时器，执行回调函数std::vector<std::function<void()>> cbs;listExpiredCb(cbs);if(!cbs.empty()) {for(const auto &cb : cbs) {schedule(cb);}cbs.clear();}...
}

http://www.ppmy.cn/news/39590.html

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