Rust定时组件async-rs / futures-timer实现原理

Posted 2021-09-03 Sean

项目中需要使用定时器，看了Rust官方提供的 futures-timer的源码 ，将实现原理这里记录下来。

以async-rs / futures-timer v3.0.0 源码为基础。

很多同学是java开发，因此与java的Timer对比，方便了解（待补充）。

另外本文不包含任何源码，这样不需要懂得Rust语言也能理解其中的设计原理。想看源码的同学，相信阅读本文以后再去看源码应该一目了然。

组成结构

rust

数据结构包含Delay、Heap、ArcList、Timer。
其中，Delay是用户定义的一个延迟任务，但仅包含延迟时间，没有设置任务来回调。Heap是一个最小堆，每个节点就是Delay，根据Delay的时间作为优先级，每次获取时间最近的Delay。ArcList是一个队列，其中的对象也是Delay。 Timer是总体的定时器，封装了Heap和ArcList。

控制组件包括waker(待补充）

实现原理

插入任务：

用户创建Delay以后，写入ArcList后，由timer将Delay迁移到Heap中，最终Delay从Heap堆顶取出，完成整个生命周期。另外，ArcList支持并发写入，Heap不支持并发，这里ArcList起到一个消息队列的作用。

注册回调：

Delay任务插入Timer，也就是插入ArcList以后，同时也将Delay注册到监听器waker中，Waker是Timer中的一个监听器。当Delay任务在Heap中超时时，也就是从堆顶取出时，Waker触发Delay任务。这里的触发其实是一个future返回结果，Delay实现了future接口，当Delay注册到Timer以后，用户等待Delay的future完成，等Delay被触发时，future返回结果，以此达到定时效果。

回调通知

Timer中有一个监听线程处理Heap堆里的Delay的超时，流程是取出堆顶的Delay以后，计算下一个Delay的时间，然后sleep。另外，当有新Delay插入时，也会唤醒这个线程，重新判断是否有Delay已经超时，然后再次sleep。

其他功能实现原理

时间重置
当修改之前已经存在的Delay的执行时间时，之前写入的Delay应该无效。采用的方法是，在Delay中增加两个计数字段，一个是现在重置过几次t，一个是任务写入Heap时t的值。当重置Delay时，将新生成一个Delay，两个计数字段都是t+1，插入ArcList，并且会修改Heap中原来的Delay，第一个计数字段变成t+1，而第二个字段还是t。当原来的Delay超时时，两个字段不一致，自动忽略。

注意事项

官方提供async-rs / futures-timer组件。需要注意的是，async-rs / futures-timer在版本0.0.6以后将Interval功能删除了，Interval功能指的是固定周期定时任务功能，只保留了Delay功能，Delay功能指的是执行一次的任务。虽然Interval功能是对Delay做了一层封装Delay功能，但是用户手动实现还是有一定复杂度。

tokio也提供tokio::time组件，支持Delay功能、Interval功能、以及TimeOut功能，TimeOut功能指的是如果一个Future在指定时间内没有返回结果就超时。需要注意的是tokio::time只在["time"]feature上支持。

参考

• https://github.com/async-rs/f...
• https://zhuanlan.zhihu.com/p/...
• https://wiki.jikexueyuan.com/...
• https://docs.rs/tokio/1.6.1/t...