10w定时任务,如何高效触发超时

一、缘起

很多时候,业务有定时任务或者定时超时的需求,当任务量很大时,可能需要维护大量的timer,或者进行低效的扫描。

例如:58到家APP实时消息通道系统,对每个用户会维护一个APP到服务器的TCP连接,用来实时收发消息,对这个TCP连接,有这样一个需求:“如果连续30s没有请求包(例如登录,消息,keepalive包),服务端就要将这个用户的状态置为离线”。

其中,单机TCP同时在线量约在10w级别,keepalive请求包大概30s一次,吞吐量约在3000qps。

一般来说怎么实现这类需求呢?

“轮询扫描法”

1)用一个Map<uid, last_packet_time>来记录每一个uid最近一次请求时间last_packet_time

2)当某个用户uid有请求包来到,实时更新这个Map

3)启动一个timer,当Map中不为空时,轮询扫描这个Map,看每个uid的last_packet_time是否超过30s,如果超过则进行超时处理

“多timer触发法”

1)用一个Map<uid, last_packet_time>来记录每一个uid最近一次请求时间last_packet_time

2)当某个用户uid有请求包来到,实时更新这个Map,并同时对这个uid请求包启动一个timer,30s之后触发

3)每个uid请求包对应的timer触发后,看Map中,查看这个uid的last_packet_time是否超过30s,如果超过则进行超时处理

方案一:只启动一个timer,但需要轮询,效率较低

方案二:不需要轮询,但每个请求包要启动一个timer,比较耗资源

特别在同时在线量很大时,很容易CPU100%,如何高效维护和触发大量的定时/超时任务,是本文要讨论的问题

二、环形队列法

废话不多说,三个重要的数据结构:

1)30s超时,就创建一个index从0到30的环形队列(本质是个数组)

2)环上每一个slot是一个Set<uid>,任务集合

3)同时还有一个Map<uid, index>,记录uid落在环上的哪个slot里

qq

同时

1)启动一个timer,每隔1s,在上述环形队列中移动一格,0->1->2->3…->29->30->0…

2)有一个Current Index指针来标识刚检测过的slot

当有某用户uid有请求包到达时

1)从Map结构中,查找出这个uid存储在哪一个slot里

2)从这个slot的Set结构中,删除这个uid

3)将uid重新加入到新的slot中,具体是哪一个slot呢 => Current Index指针所指向的上一个slot,因为这个slot,会被timer在30s之后扫描到

(4)更新Map,这个uid对应slot的index值

哪些元素会被超时掉呢?

Current Index每秒种移动一个slot,这个slot对应的Set<uid>中所有uid都应该被集体超时!如果最近30s有请求包来到,一定被放到Current Index的前一个slot了,Current Index所在的slot对应Set中所有元素,都是最近30s没有请求包来到的。

所以,当没有超时时,Current Index扫到的每一个slot的Set中应该都没有元素。

优势

(1)只需要1个timer

(2)timer每1s只需要一次触发,消耗CPU很低

(3)批量超时,Current Index扫到的slot,Set中所有元素都应该被超时掉

三、总结

这个环形队列法是一个通用的方法,Set和Map中可以是任何task,本文的uid是一个最简单的举例。

HashedWheelTimer也是类似的原理,有兴趣的同学可以百度一下这个数据结构,Netty中的一个工具类,希望大家有收获,帮忙转发一下哈。

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