Swoole源代码学习记录（十五）——Timer模块分析

swoole版本号：1.7.7-stable Github地址：点此查看

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1.Timer

1.1.swTimer_interval_node

声明：

// swoole.h 1045-1050h
typedef struct _swTimer_interval_node
{
    struct _swTimerList_node *next, *prev;
    struct timeval lasttime;
    uint32_t interval;
} swTimer_interval_node;

成员	说明
next，prev	链表的后继、前驱指针
struct timeval lasttime	持续时间
uint32_t interval	间隔时间

说明：
swTimer_interval_node结构体是一个链表节点，存放一个固定间隔的定时器，当中lasttime为当前定时器从上一次运行到如今经过的时间。interval存放了定时器间隔。

该结构体用于swoole原本的timer相关操作。

1.2.swTimer_node

声明：

// swoole.h 1052-1058h
typedef struct _swTimer_node
{
    struct _swTimer_node *next, *prev;
    void *data;
    uint32_t exec_msec;
    uint32_t interval;
} swTimer_node;

成员	说明
next，prev	链表的后继、前驱指针
void *data	数据域。存放额外的变量
uint32_t exec_msec	定时器应当运行的时间
uint32_t interval	间隔时间（无用，应废弃）

说明：
swTimer_node结构体是一个链表节点，存放一个须要在指定时间运行的定时器，当中exec_msec为当前定时器须要运行的指定时间，interval存放了定时器间隔。

该结构体用于swoole的after函数操作。

1.3.swTimer

声明：

// swoole.h 1060-1081h
typedef struct _swTimer
{
    swTimer_node *root;
    /*--------------timerfd & signal timer--------------*/
    swHashMap *list;
    int num;
    int interval;
    int use_pipe;
    int lasttime;
    int fd;
    swPipe pipe;
    /*-----------------for EventTimer-------------------*/
    struct timeval basetime;
    /*--------------------------------------------------*/
    int (*add)(struct _swTimer *timer, int _msec, int _interval, void *data);
    int (*del)(struct _swTimer *timer, int _interval_ms);
    int (*select)(struct _swTimer *timer);
    void (*free)(struct _swTimer *timer);
    /*-----------------event callback-------------------*/
    void (*onTimer)(struct _swTimer *timer, int interval_msec);
    void (*onTimeout)(struct _swTimer *timer, void *data);
} swTimer;

成员	说明
swTimer_node *root	after的链表根节点
swHashMap *list	timer的链表根节点
int num	当前定时器的数量
int interval	定时器的基础响应间隔
int use_pipe	是否使用管道通信
int lasttime	持续时间(已废弃)
int fd	管道的写fd
swPipe pipe	管道
struct timeval basetime	EventTimer的基础时间

说明：
swTimer结构体定时器的实体对象，用于存储、管理和运行众多定时任务，包含timer和after两种不同类型的定时任务。

1.4.swTimer公共操作函数

1.4.1.swTimer_init

声明：

// swoole.h 1083
int swTimer_init(int interval_ms, int no_pipe);

功能：初始化一个swTimer对象
核心源代码：

    // timer.c 38-94h
    swTimer *timer = &SwooleG.timer;
    timer->interval = interval;
    timer->lasttime = interval;

#ifndef HAVE_TIMERFD
    SwooleG.use_timerfd = 0;
#endif

    timer->list = swHashMap_new(SW_HASHMAP_INIT_BUCKET_N, free);
    if (!timer->list)
    {
        return SW_ERR;
    }

    if (SwooleG.use_timerfd)
    {
        if (swTimer_timerfd_set(timer, interval) < 0)
        {
            return SW_ERR;
        }
        timer->use_pipe = 0;
    }
    else
    {
        if (use_pipe)
        {
            if (swPipeNotify_auto(&timer->pipe, 0, 0) < 0)
            {
                return SW_ERR;
            }
            timer->fd = timer->pipe.getFd(&timer->pipe, 0);
            timer->use_pipe = 1;
        }
        else
        {
            timer->fd = 1;
            timer->use_pipe = 0;
        }

        if (swTimer_signal_set(timer, interval) < 0)
        {
            return SW_ERR;
        }
        swSignal_add(SIGALRM, swTimer_signal_handler);
    }

    if (timer->fd > 1)
    {
        SwooleG.main_reactor->setHandle(SwooleG.main_reactor, SW_FD_TIMER, swTimer_event_handler);
        SwooleG.main_reactor->add(SwooleG.main_reactor, SwooleG.timer.fd, SW_FD_TIMER);
    }

    timer->add = swTimer_add;
    timer->del = swTimer_del;
    timer->select = swTimer_select;
    timer->free = swTimer_free;

源代码解释：
获取SwooleG中的timer对象，设置timer响应间隔和lasttime參数。

假设未定义HAVE_TIMERFD。则设置不使用timerfd。

随后，使用HashMap初始化timer链表list。
假设使用了timerfd，调用swTimer_timerfd_set函数设置timer的基础响应间隔，并设置不使用管道。
假设不使用timerfd而使用signalfd，则先判定是否须要管道，假设须要。则创建管道并获取管道的写fd。随后。调用swTimer_signal_set函数设置Linux系统提供的精确定时器。并通过swSignal_add加入对SIGALRM信号的处理回调函数swTimer_signal_handler。
接着，将管道写fd增加main_reactor的监听中。并设置回调函数swTimer_event_handler。
最后设置swTimer的四个回调操作函数。

1.4.2.swTimer_signal_handler

声明：

// swoole.h 1085
void swTimer_signal_handler(int sig);

功能：SIGALRM信号的回调处理函数
核心源代码：

    // timer.c 338-344h
    SwooleG.signal_alarm = 1;
    uint64_t flag = 1;

    if (SwooleG.timer.use_pipe)
    {
        SwooleG.timer.pipe.write(&SwooleG.timer.pipe, &flag, sizeof(flag));
    }

源代码解释：
设置SwooleG的signal_alarm标记为true，假设设定使用了管道。则通过管道发送一个flag通知Timer。

1.4.3.swTimer_event_handler

声明：

// swoole.h 1086
int swTimer_event_handler(swReactor *reactor, swEvent *event);

功能：timer的事件处理回调函数
核心源代码：

    // timer.c 323-334h
    uint64_t exp;
    swTimer *timer = &SwooleG.timer;

    if (read(timer->fd, &exp, sizeof(uint64_t)) < 0)
    {
        return SW_ERR;
    }
    SwooleG.signal_alarm = 0;
    return swTimer_select(timer);

源代码解释：
尝试从管道中读取数据，假设读取成功，则重置SwooleG的signal_alarm标记，并调用swTimer_select来处理定时任务;

1.4.4.其它函数

swTimer_node_insert，swTimer_node_print，swTimer_node_delete。swTimer_node_destory四个函数是链表操作函数，不再具体分析。

1.5.Timer私有操作函数

1.5.1.swTimer_signal_set

声明：

// timer.c 24h
static int swTimer_signal_set(swTimer *timer, int interval);

功能：调用系统settimer函数启动定时器
核心源代码：

    struct itimerval timer_set;
    int sec = interval / 1000;
    int msec = (((float) interval / 1000) - sec) * 1000;

    struct timeval now;
    if (gettimeofday(&now, NULL) < 0)
    {
        swWarn("gettimeofday() failed. Error: %s[%d]", strerror(errno), errno);
        return SW_ERR;
    }

    memset(&timer_set, 0, sizeof(timer_set));
    timer_set.it_interval.tv_sec = sec;
    timer_set.it_interval.tv_usec = msec * 1000;

    timer_set.it_value.tv_sec = sec;
    timer_set.it_value.tv_usec = timer_set.it_interval.tv_usec;

    if (timer_set.it_value.tv_usec > 1e6)
    {
        timer_set.it_value.tv_usec = timer_set.it_value.tv_usec - 1e6;
        timer_set.it_value.tv_sec += 1;
    }

    if (setitimer(ITIMER_REAL, &timer_set, NULL) < 0)
    {
        swWarn("setitimer() failed. Error: %s[%d]", strerror(errno), errno);
        return SW_ERR;
    }

源代码解释：
首先将interval拆分成秒和毫秒，并将两个值加入进timer_set。随后调用setitimer函数设置系统定时器。

1.5.2.swTimer_timerfd_set

声明：

// timer.c 25h
static int swTimer_timerfd_set(swTimer *timer, int interval);

功能：调用timerfd相关函数启动timerfd定时器
核心源代码：

    // timer.c 100h
    if (timer->fd == 0)
    {
        timer->fd = timerfd_create(CLOCK_REALTIME, TFD_NONBLOCK | TFD_CLOEXEC);
        if (timer->fd < 0)
        {
            swWarn("timerfd_create() failed. Error: %s[%d]", strerror(errno), errno);
            return SW_ERR;
        }
    }

    timer_set.it_interval.tv_sec = sec;
    timer_set.it_interval.tv_nsec = msec * 1000 * 1000;

    timer_set.it_value.tv_sec = now.tv_sec + sec;
    timer_set.it_value.tv_nsec = (now.tv_usec * 1000) + timer_set.it_interval.tv_nsec;

    if (timer_set.it_value.tv_nsec > 1e9)
    {
        timer_set.it_value.tv_nsec = timer_set.it_value.tv_nsec - 1e9;
        timer_set.it_value.tv_sec += 1;
    }

    if (timerfd_settime(timer->fd, TFD_TIMER_ABSTIME, &timer_set, NULL) == -1)
    {
        swWarn("timerfd_settime() failed. Error: %s[%d]", strerror(errno), errno);
        return SW_ERR;
    }

源代码解释：
调用timerfd_create函数创建一个timerfd。并将返回的fd赋值给timer.fd;随后设置timer_set的值。并调用timerfd_settime函数设置定时器相关属性。

1.5.3.swTimer_del

声明：

// timer.c 26h
static int swTimer_del(swTimer *timer, int ms);

功能：从timer的列表中移除一个指定定时器
核心源代码：

    swHashMap_del_int(timer->list, ms);
    return SW_OK;

源代码解释：
从timer的list中移除ms相应的定时器

1.5.4.swTimer_free

声明：

// timer.c 27h
static void swTimer_free(swTimer *timer);

功能：释放timer的内存
核心源代码：

    swHashMap_free(timer->list);
    if (timer->use_pipe)
    {
        timer->pipe.close(&timer->pipe);
    }
    else if (close(timer->fd) < 0)
    {
        swSysError("close(%d) failed.", timer->fd);
    }
    if (timer->root)
    {
        swTimer_node_destory(&timer->root);
    }

源代码解释：
释放list，关闭管道，释放root指向的链表

1.5.5.swTimer_add

声明：

// timer.c 28h
static int swTimer_add(swTimer *timer, int msec, int interval, void *data);

功能：向timer中加入一个定时器
核心源代码：

    if (interval == 0)
    {
        return swTimer_addtimeout(timer, msec, data);
    }
    swTimer_interval_node *node = sw_malloc(sizeof(swTimer_interval_node));
    if (node == NULL)
    {
        swWarn("malloc failed.");
        return SW_ERR;
    }

    bzero(node, sizeof(swTimer_interval_node));
    node->interval = msec;
    if (gettimeofday(&node->lasttime, NULL) < 0)
    {
        swSysError("gettimeofday() failed.");
        return SW_ERR;
    }

    if (msec < timer->interval)
    {
        int new_interval = swoole_common_divisor(msec, timer->interval);
        timer->interval = new_interval;
        swTimer_set(timer, new_interval);
    }
    swHashMap_add_int(timer->list, msec, node, NULL);
    timer->num++;

源代码解释：
假设interval为0，说明这个定时器是个timeout类型定时器，调用swTimer_addtimeout函数。

否则，创建一个swTimer_interval_node结构体。设置其相关属性，并依据interval计算timer的基础响应间隔。并调用swTimer_set函数设置新的定时间隔。
最后，将新的定时任务节点加入进timer的list。并将定时器数量添加1。

1.5.6.swTimer_set

声明：

// timer.c 29h
static int swTimer_set(swTimer *timer, int new_interval);

功能：设置timer的定时器响应间隔
核心源代码：

    if (SwooleG.use_timerfd)
    {
        return swTimer_timerfd_set(timer, new_interval);
    }
    else
    {
        return swTimer_signal_set(timer, new_interval);
    }

源代码解释：
假设使用了timerfd，调用swTimer_timerfd_set；否则，调用swTimer_signal_set;

1.5.7.swTimer_addtimeout

声明：

// timer.c 30h
int swTimer_addtimeout(swTimer *timer, int timeout_ms, void *data);

功能：从timer的列表中移除一个指定定时器
核心源代码：

    int new_interval = swoole_common_divisor(timeout_ms, timer->interval);
    if (new_interval < timer->interval)
    {
        swTimer_set(timer, new_interval);
        timer->interval = new_interval;
    }

    struct timeval now;
    if (gettimeofday(&now, NULL) < 0)
    {
        swWarn("gettimeofday() failed. Error: %s[%d]", strerror(errno), errno);
        return SW_ERR;
    }

    uint32_t now_ms = now.tv_sec * 1000 + now.tv_usec / 1000;
    swTimer_node *node = sw_malloc(sizeof(swTimer_node));
    if (node == NULL)
    {
        swWarn("malloc(%d) failed. Error: %s[%d]", (int ) sizeof(swTimer_node), strerror(errno), errno);
        return SW_ERR;
    }

    bzero(node, sizeof(swTimer_node));
    node->data = data;
    node->exec_msec = now_ms + timeout_ms;
    swTimer_node_insert(&timer->root, node);

源代码解释：
首先计算timer定时器最小时间间隔，并设置新的定时器基础响应间隔。

随后创建新的swTimer_node节点，并设置其属性值，然后调用swTimer_node_insert函数在timer的root链表中加入新节点。（须要注意的是，由于这个定时器是一次性的。因此并不会改变timer->num的值）

1.5.8.swTimer_select

声明：

// timer.c 31h
int swTimer_select(swTimer *timer);

功能：遍历timer列表找到须要响应的定时器
核心源代码：

    uint64_t key;
    swTimer_interval_node *timer_node;
    struct timeval now;

    if (gettimeofday(&now, NULL) < 0)
    {
        swSysError("gettimeofday() failed.");
        return SW_ERR;
    }
    //swWarn("%d.%d", now.tv_sec, now.tv_usec);

    if (timer->onTimeout == NULL)
    {
        swWarn("timer->onTimeout is NULL");
        return SW_ERR;
    }
    /**
     * timeout task list
     */
    uint32_t now_ms = now.tv_sec * 1000 + now.tv_usec / 1000;
    swTimer_node *tmp = timer->root;
    while (tmp)
    {
        if (tmp->exec_msec > now_ms)
        {
            break;
        }
        else
        {
            timer->onTimeout(timer, tmp->data);
            timer->root = tmp->next;
            sw_free(tmp);
            tmp = timer->root;
        }
    }

    if (timer->onTimer == NULL)
    {
        swWarn("timer->onTimer is NULL");
        return SW_ERR;
    }
    uint32_t interval = 0;
    do
    {
        //swWarn("timer foreach start\n----------------------------------------------");
        timer_node = swHashMap_each_int(timer->list, &key);

        //hashmap empty
        if (timer_node == NULL)
        {
            break;
        }
        //the interval time(ms)
        interval = (now.tv_sec - timer_node->lasttime.tv_sec) * 1000 + (now.tv_usec - timer_node->lasttime.tv_usec) / 1000;

        /**
         * deviation 1ms
         */
        if (interval >= timer_node->interval - 1)
        {
            memcpy(&timer_node->lasttime, &now, sizeof(now));
            timer->onTimer(timer, timer_node->interval);
        }
    } while (timer_node);

源代码解释：
首先获取当前系统时间。

判定onTimeout回调是否被设置，假设未设置则返回错误。随后，遍历timeout定时任务列表，找到exec_msec时间小于等于当前时间的任务，调用onTimeout响应这些回调，并移除该任务。

判定onTimer回调是否被设置，假设未设置则返回错误。

随后。遍历定时任务列表，判定当前节点是否须要响应(当前时间 - lasttime >= interval - 1ms),假设须要响应则设置新的lasttime并调用onTimer回调。

2.EventTimer

2.1.EventTimer原理

EventTimer的实现原理是利用了epoll的timeout超时设置。

通过设置epoll的timeout。就能在timeout时间后捕获一个事件。在捕获该事件后，通过遍历相应的事件列表就可以得知哪些事件须要处理。

2.2.EventTimer私有操作函数

2.2.1.swEventTimer_add

声明：

// EventTimer.c 19h
static int swEventTimer_add(swTimer *timer, int _msec, int interval, void *data);

功能：向timer中加入一个定时器
核心源代码：
后

    swTimer_node *node = sw_malloc(sizeof(swTimer_node));
    if (!node)
    {
        swSysError("malloc(%d) failed.", (int )sizeof(swTimer_node));
        return SW_ERR;
    }

    int now_msec = swEventTimer_get_relative_msec();
    if (now_msec < 0)
    {
        return SW_ERR;
    }
    node->data = data;
    node->exec_msec = now_msec + _msec;
    node->interval = interval ?
 _msec : 0;
    swTimer_node_insert(&timer->root, node);

源代码解释：
初始化并向Timer的root中加入一个节点。

2.2.2.swEventTimer_del

声明：

// timer.c 20h
static int swEventTimer_del(swTimer *timer, int _msec);

功能：从timer的列表中移除一个指定定时器
核心源代码：

    if (timer->root)
    {
        swTimer_node_destory(&timer->root);
    }

源代码解释：
从timer的root中移除ms相应的定时器

2.2.3.swEventTimer_select

声明：

// timer.c 21h
static int swEventTimer_select(swTimer *timer);

功能：从timer中选出须要响应的定时器
核心源代码：

    uint32_t now_msec = swEventTimer_get_relative_msec();
    if (now_msec < 0)
    {
        return SW_ERR;
    }

    swTimer_node *tmp = timer->root;
    while (tmp)
    {
        if (tmp->exec_msec > now_msec)
        {
            break;
        }
        else
        {
            if (tmp->interval > 0)
            {
                timer->onTimer(timer, tmp->interval);
            }
            else
            {
                timer->onTimeout(timer, tmp->data);
            }

            timer->root = tmp->next;
            if (timer->root)
            {
                timer->root->prev = NULL;
            }
            if (tmp->interval > 0)
            {
                tmp->exec_msec += tmp->interval;
                swTimer_node_insert(&SwooleG.timer.root, tmp);
            }
            else
            {
                sw_free(tmp);
            }
            tmp = timer->root;
        }
    }
    if (timer->root == NULL)
    {
        SwooleG.main_reactor->timeout_msec = -1;
    }
    else
    {
        SwooleG.main_reactor->timeout_msec = timer->root->exec_msec - now_msec;
    }

源代码解释：
遍历root链表。假设节点已经须要响应(exec_msec大于当前时间)，则依据interval是否为0来运行各种不同的回调函数。而且假设interval为0，还须要移除当前节点。
最后，又一次设置SwooleG.main_reactor的timeout时间。假设timer中没有定时任务，则设定为无超时。

2.2.4.swEventTimer_free

声明：

// timer.c 22h
static void swEventTimer_free(swTimer *timer);

功能：释放timer
核心源代码：

    if (timer->root)
    {
        swTimer_node_destory(&timer->root);
    }

源代码解释：
释放timer的root链表