Java技术总监面试常见问题及答案,Kafka中的时间轮算法讲解


public class TimeWheel {



    /** 一个时间槽的时间 */

    private long tickMs;



    /** 时间轮大小 */

    private int wheelSize;



    /** 时间跨度 */

    private long interval;



    /** 槽 */

    private Bucket[] buckets;



    /** 时间轮指针 */

    private long currentTimestamp;



    /** 上层时间轮 */

    private volatile TimeWheel overflowWheel;



    public TimeWheel(long tickMs, int wheelSize, long currentTimestamp) {

        this.currentTimestamp = currentTimestamp;

        this.tickMs = tickMs;

        this.wheelSize = wheelSize;

        this.interval = tickMs * wheelSize;

        this.buckets = new Bucket[wheelSize];

        this.currentTimestamp = currentTimestamp - (currentTimestamp % tickMs);



        for (int i = 0; i < wheelSize; i++) {

            buckets[i] = new Bucket();

        }

    }

} 

将任务添加到时间轮中十分简单,对于每个时间轮来说,比如说秒级时间轮,和分级时间轮,都有它自己的过期槽。也就是delayMs < tickMs的时候。

添加延时任务的时候一共就这几种情况:

####一、时间到期

  • 1)比如说有一个任务要在 16:29:07 执行,从秒级时间轮中来看,当我们的当前时间走到16:29:06的时候,则表示这个任务已经过期了。因为它的delayMs = 1000ms,小于了我们的秒级时间轮的tickMs(1000ms)。

    1. 比如说有一个任务要在 16:41:25 执行,从分级时间轮中来看,当我们的当前时间走到 16:41的时候(分级时间轮没有秒针!它的最小精度是分钟(一定要理解这一点)),则表示这个任务已经到期,因为它的delayMs = 25000ms,小于了我们的分级时间轮的tickMs(60000ms)。

二、时间未到期,且delayMs小于interval。

对于秒级时间轮来说,就是延迟时间小于60s,那么肯定能找到一个秒钟槽扔进去。

三、时间未到期,且delayMs大于interval。

对于妙级时间轮来说,就是延迟时间大于等于60s,这时候就需要借助上层时间轮的力量了,很简单的代码实现,就是拿到上层时间轮,然后类似递归一样,把它扔进去。


比如说一个有一个延时为一年后的定时任务,就会在这个递归中不断创建更上层的时间轮,直到找到满足delayMs小于interval的那个时间轮。

这里为了不把代码写的那么复杂,我们每一层时间轮的刻度都一样,也就是秒级时间轮表示60秒,上面则表示60分钟,再上面则表示60小时,再上层则表示60个60小时,再上层则表示60个60个60小时 = 216000小时。

也就是如果将最底层时间轮的tickMs(精度)设置为1000ms。wheelSize设置为60。那么只需要5层时间轮,可表示的时间跨度已经长达24年(216000小时)


 /**

     * 添加任务到某个时间轮

     */

    public boolean addTask(TimedTask timedTask) {

        long expireTimestamp = timedTask.getExpireTimestamp();

        long delayMs = expireTimestamp - currentTimestamp;

        if (delayMs < tickMs) {// 到期了

            return false;

        } else {



            // 扔进当前时间轮的某个槽中,只有时间【大于某个槽】,才会放进去

            if (delayMs < interval) {

                int bucketIndex = (int) (((delayMs + currentTimestamp) / tickMs) % wheelSize);



                Bucket bucket = buckets[bucketIndex];

                bucket.addTask(timedTask);

            } else {

			// 当maybeInThisBucket大于等于wheelSize时,需要将它扔到上一层的时间轮

                TimeWheel timeWheel = getOverflowWheel();

                timeWheel.addTask(timedTask);

            }

        }

        return true;

    }





   /**

     * 获取或创建一个上层时间轮

     */

	private TimeWheel getOverflowWheel() {

        if (overflowWheel == null) {

            synchronized (this) {

                if (overflowWheel == null) {

                    overflowWheel = new TimeWheel(interval, wheelSize, currentTimestamp, delayQueue);

                }

            }

        }

        return overflowWheel;

    } 

当然我们的时间轮还需要一个指针的推进机制,总不能让时间永远停留在当前吧?推进的时候,同时类似递归,去推进一下上一层的时间轮。

注意:要强调一点的是,我们这个时间轮更像是电子表,它不存在时间的中间状态,也就是精度这个概念一定要理解好。比如说,对于秒级时间轮来说,它的精度只能保证到1秒,小于1秒的,都会当成是已到期

对于分级时间轮来说,它的精度只能保证到1分,小于1分的,都会当成是已到期

三、对于高层时间轮来说,精度越来越不准,会不会有影响?

上面说到,分级时间轮,精度只有分钟级,总不能延迟1秒的定时任务和延迟59秒的定时任务同时执行吧?

有这个疑问的同学很好!实际上很好解决,只需再入时间轮即可。比如说,对于分钟级时间轮来说,delayMs为1秒和delayMs为59秒的都已经过期,我们将其取出,再扔进底层的时间轮不就可以了?

1秒的会被扔到秒级时间轮的下一个执行槽中,而59秒的会被扔到秒级时间轮的后59个时间槽中。

细心的同学会发现,我们的添加任务方法,返回的是一个bool


public boolean addTask(TimedTask timedTask) 

再倒回去好好看看,添加到最底层时间轮失败的(我们只能直接操作最底层的时间轮,不能直接操作上层的时间轮),是不是会直接返回flase?对于再入失败的任务,我们直接执行即可。

最后

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