08 定时器（下）

本文内容

定时器处理非活动连接模块，分为定时方法与信号通知流程；定时器及其容器设计、定时任务的处理。
定时器设计，将连接资源与定时事件等封装起来，具体包括连接资源、超时时间和回调函数，回调函数指向定时事件。
定时器容量设计，将多个定时器串联组织起来统一处理，具体包括升序链表设计。
定时任务处理函数，该函数封装在容量类中，函数遍历升序链表容器，根据超时时间，处理对应的定时器。
代码分析-使用定时器，通过代码分析，如何在项目中使用定时器。

定时器设计

项目中将连接资源、定时事件和超时时间封装为定时器类，具体的，

• 连接资源包括客户端套接字地址、文件描述符和定时器
• 定时事件为回调函数，将其封装起来由用户自定义，这里是删除非活动socket上的注册事件，并关闭
• 定时器超时时间=浏览器和服务器连接时刻+固定时间（TIMESLOT），定时器使用绝对时间作为超时值，alarm设置为5秒，连接超时为15秒。

//连接资源结构体成员需要用到定时器类
//需要前向声明
class util_timer;//连接资源
struct client_data
{//客户端socket地址sockaddr_in address;//socket文件描述符int sockfd;//定时器util_timer* timer;
};//定时器类
class util_timer
{
public:util_timer():prev(NULL),next(NULL){}
public://超时时间time_t expire;//回调函数void (*cb_func)(client_data*);//连接资源client_data* user_data;//前向定时器util_timer* prev;//后继定时器util_timer* next;
};

定时事件，从内核事件表删除事件，关闭文件描述符，释放连接资源。

//定时器回调函数
void cb_func(client_data *user_data)
{//删除非活动连接在socket上的注册事件epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_DEL,user_data->sockfd,0);assert(user_data);//关闭文件描述符close(user_data->sockfd);//减少连接数http_conn::m_user_count--;
}

定时器容器设计

定时器容器是带头尾结点的升序双向链表。为每个连接创建一个定时器，将其添加到链表中，并按照超时事件升序排列。执行定时任务时，将到期的定时器从链表中删除。
涉及双向链表的插入，删除操作，添加定时器的时间复杂度o(n)，删除定时器的时间复杂度是o(1)
升序双向链表主要逻辑：

• 创建头尾节点（没有意义，统一方便调整）

• add_timer函数，将目标定时器添加到链表中，添加时按照升序添加
  若当前链表中只有头尾节点，直接插入
  否则，将定时器按升序插入

• adjust_timer函数，当定时任务发生变化，调整对应定时器在链表中的位置
  客户端在设定时间内有数据收发，则当前时刻对该定时器重新设定时间（往后延长超时时间）
  被调整的目标定时器在尾部，或定时器新的超时值仍然小于下个定时器的超时，不用调整
  否则先将定时器从链表取出，重新插入链表

• del_timer函数将超时的定时器从链表中删除
  常规双向链表删除结点

//定时器容器类
class sort_timer_lst
{
public:sort_timer_lst():head(NULL),tail(NULL){}//常规销毁链表~sort_timer_lst(){util_timer* tmp=head;while(tmp){head=tmp->next;delete tmp;tmp=head;}}//添加定时器，内部调用私有成员add_timervoid add_timer(util_timer* timer){if(!timer){return;}if(!head){head=tail=timer;return;}//如果新的定时器超时时间小于小于当前头部结点//直接将当前定时器结点作为头结点if(timer->expire<head->expire){timer->next=head;head->prev=timer;head=timer;return;}//否则，调用私有成员，调整内部结点add_timer(timer,head);}//调整定时器，任务发生变化时，调整定时器在链表中的位置void adjust_timer(util_timer* timer){if(!timer){return;}util_timer* tmp=timer->next;//被调整的定时器在链表尾部//定时器超时值仍然小于小一个定时器超时值，不调整if(!tmp||(timer->expire<tmp->expire)){return;}//被调整定时器是链表头结点，把定时器取出，重新插入if(timer==head){head=head->next;head->prev=NULL;timer->next=NULL;add_timer(timer,head);}//被调整定时器在内部，将定时器取出，重新插入else{timer->prev->next=timer->next;timer->next->prev=timer->prev;add_timer(timer,timer->next);}}//删除定时器void del_timer(util_timer* timer){if(!timer){return;}//链表中只有一个定时器，需要删除该定时器if((timer==head)&&(timer==tail)){delete timer;head=NULL;tail=NULL;return;}//被删除的定时器为头结点if(timer==head){head=head->next;head->prev=NULL;delete timer;return;}//被删除的定时器为尾结点if(timer==tail){tail=tail->prev;tail->next=NULL'delete timer;return;}//被删除的定时器在链表内部，常规链表结点删除timer->prev->next=timer->next;timer->next->prev=timer->prev;delete timer;}private://私有成员，被公有成员add_timer和adjust_time调用//主要用于调整链表内部结点void add_timer(util_timer* timer,util_timer* lst_head){util_timer* prev=lst_head;util_timer* tmp=prev->next;//遍历当前结点之后的链表，按照超时时间找到目标定时器对应的位置，常规双向链表插入操作while(tmp){if(timer->expire<tmp->expire){prev->next=timer;timer->next=tmp;tmp->prev=timer;timer->prev=prev;break;}prev=tmp;tmp=tmp->next;}//遍历完发现，目标定时器需要放在尾结点处if(!tmp){prev->next=timer;timer->prev=prev;timer->next=NULL;tail=timer;}}private://头尾结点util_timer* head;util_timer* tail;
};

定时任务处理函数

使用统一事件源，SIGALRM信号每次被触发，主循环中调用一次定时任务处理函数，处理链表容器中到期的定时器。

• 遍历定时器升序链表容器，从头结点开始依次处理每个定时器，直到遇到尚未到期的定时器
• 若当前时间小于定时器超时时间，跳出循环，即未找到到期的定时器
• 若当前时间大于定时器超时时间，即找到了到期的容器，执行回调函数，然后将它从链表中删除，然后继续遍历。

//定时任务处理函数
void tick()
{if(!head){return;}//获取当前时间time_t cur=time(NULL);util_timer* tmp=head;//遍历定时器链表while(tmp){//链表容器为升序排列//当前时间小于定时器的超时时间，后面的定时器也没有到期if(cur<tmp->expire){break;}//当前定时器到期，则调用回调函数，执行定时事件tmp->cb_func(tmp->user_data);//将处理后的定时器从链表容器中删除，并重置头结点head=tmp->next;if(head){head->prev=NULL;}delete tmp;tmp=head;}
}

代码分析-如何使用定时器

服务器首先创建定时器容器链表，然后用统一事件源1将异常事件，读写事件和信号事件统一处理，根据不同事件的对应逻辑使用定时器。

• 浏览器与服务器连接时，创建该连接对应的定时器，并将该定时器添加到链表上
• 处理异常事件，执行定时事件，服务器关闭连接，从链表上移除对应定时器
• 处理定时信号时，将定时标志设置为true
• 处理读事件时，若某连接上发生读事件，将对应定时器向后移动，否则，执行定时事件
• 处理写事件时，若服务器通过某连接给浏览器发送数据，将对应定时器向后移动，否则，执行定时事件

//定时处理任务，重新定时以不断触发SIGALRM信号
void timer_handler()
{timer_lst.tick();alarm(TIMESLOT);
}//创建定时器容器链表
static sort_timer_lst timer_lst;//创建连接资源数组
client_date *users_timer=new client_data[MAX_FD];//超时默认为False
bool timeout=false;//alarm定时触发SIGALRM信号
alarm(TIMESLOT);while(!stop_server)
{int number=epoll_wait(epollfd,events,MAX_EVENT_NUMBER,-1);if(number<0&&errno!=EINTER){break;}for(int i=0;i<number;i++){int sockfd=events[i].data.fd;//处理新到的客户连接if(sockfd==listenfd){//初始化客户端连接地址struct sockaddr_in client_address;socklen_t client_addrlength=sizeof(client_address);//该连接分配的文件描述符int connfd=accept(listenfd,(struct sockaddr *)&client_address,&client_addrlength);//初始化该连接对应的连接资源users_timer[connfd].address=client_address;users_timer[connfd].sockfd=connfd;//创建定时器临时变量util_timer *timer=new util_timer;//设置定时器对应的连接资源timer->user_data=&users_timer[connfd];//设置回调函数timer->cb_func=cb_func;time_t cur=time(NULL);//设置绝对超时时间timer->expire=cur+3*TIMESLOT;//创建该连接对应的定时器，初始化为前述临时变量users_timer[connfd].timer=timer;//将该定时器添加到链表中timer_lst.add_timer(timer);}//处理异常事件else if(events[i].events&(EPOLLRDHUP|EPOLLHUP|EPOLLERR)){//服务器端关闭连接，移除对应的定时器cb_func(&users_timer[sockfd]);util_timer *timer=users_timer[sockfd].timer;if(timer){timer_lst.del_timer(timer);}}//处理定时器信号else if((sockfd==pipefd[0])&&(events[i].events&EPOLLIN)){//接收到SIGALRM信号，timeout设置为TRUE}//处理客户连接上接收到的数据else if(events[i].events&EPOLLIN){//创建定时器临时变量，将该连接对应的定时器取出来util_timer *timer=users_timer[sockfd].timer;if(users[sockfd].read_once()){//若监测到读事件，将该事件放入请求队列pool->append(users+sockfd);//若有数据传输，则将定时器往后延迟3个单位//对其在链表上的位置进行调整if(timer){time_t cur=time(NULL);timer->expire=cur+3*TIMESLOT;timer_lst.adjust_timer(timer);}}else{//服务器关闭连接，移除对应的定时器cb_func(&users_timer[sockfd]);if(timer){timer_lst.del_timer(timer);}}}else if(events[i].events&EPOLLOUT){util_timer *timer=users_timer[sockfd].timer;if(users[sockfd].write()){//若有数据传输，则将定时器往后延迟3个单位//并对新的定时器在链表上的位置进行调整if(timer){time_t cur=time(NULL);timer->expire=cur+3*TIMESLOT;timer_lst.adjust_timer(timer);}}else{//服务器关闭连接，移除对应的定时器cb_func(&users_timer[sockfd]);if(timer){timer_lst.del_timer(timer);}}}}
//处理定时器为非必须事件，收到信号并不是立马处理
//完成读写事件，再进行处理
if(timeout)
{timer_handler();;timeout=false;
}
}