使用c++实现时间轮算法（Timing-Wh…

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本文详细介绍了如何使用C++实现时间轮算法，并通过单元测试验证其正确性和效率。文中提供了完整的代码实现，包括核心结构、类定义和具体实现细节，旨在帮助读者理解和实践时间轮算法。

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    前段时间写了篇blog描述了时间轮算法（http://blog.sina.com.cn/s/blog_48d4cf2d0100pq9o.html），昨天终于动手用c++将其实现了，并通过了单元测试。我没有看Linux内核的实现代码，只是看了资料凭自己的理解来实现，在效率方面也没有尽量优化。所以下面的代码用来帮助理解算法可以，拿来实际用就不一定靠谱了。
    另外我没有实现删除函数，因为懒得自己实现链表嘿嘿。参考：http://blog.youkuaiyun.com/lanmanck/archive/2009/09/07/4528759.aspx。删除的做法很简单，setTimer时直接返回链表结点，删除的时候干掉自己即可。
===========================timing_wheel.h================================
#pragma once

#include <list>
#include <boost/shared_ptr.hpp>
#include <boost/thread.hpp>

namespace global
{
    typedef unsigned int uint;

    class TimeoutHandler
    {
    public:
        virtual ~TimeoutHandler(){}
        virtual void onTimeout() = 0;
    };

    class TimingWheel
    {
    public:
        TimingWheel();
        ~TimingWheel();

        void setTimer(uint inteval, boost::shared_ptr<TimeoutHandler> handler);
        void step();

    private:

        typedef boost::shared_ptr<TimeoutHandler> Handler;
        struct ListNode
        {
            uint inteval;
            Handler handler;
            ListNode(int inteval_, Handler handler_)
                : inteval_r(inteval_)
                , handler(handler_)
            {
            }
        };

        enum {BUCKET_CNT = 5};
        uint newest[BUCKET_CNT];
        std::list<ListNode>* buckets[BUCKET_CNT];
        boost::recursive_mutex mtx;
    };

}
===========================timing_wheel.cpp================================
#include "timing_wheel.h"
#include "xassert.h"
#include <stdexcept>
#include <vector>

namespace global
{
    static const uint ELEMENT_CNT_PER_BUCKET[] = {256, 64, 64, 64, 64};
    static const uint RIGHT_SHIFT_PER_BUCKET[] = {8, 6, 6, 6, 6};
    static const uint BASE_PER_BUCKET[] = {1, 256, 256*64, 256*64*64, 256*64*64*64};

    TimingWheel::TimingWheel()
    {
        for (int bucket_no = 0; bucket_no < BUCKET_CNT; bucket_no++)
        {
            newest[bucket_no] = 0;
            buckets[bucket_no] = new std::list<ListNode>[ELEMENT_CNT_PER_BUCKET[bucket_no]];
        }
    }

    TimingWheel::~TimingWheel()
    {
        for (int bucket_no = 0; bucket_no < BUCKET_CNT; bucket_no++)
        {
            delete[] buckets[bucket_no];
        }
    }

    void TimingWheel::setTimer(uint inteval, boost::shared_ptr<TimeoutHandler> handler)
    {
        boost::recursive_mutex::scoped_lock lock(mtx);
        XASSERT(inteval > 0);
        uint bucket_no = 0;
        uint offset = inteval;
        uint left = inteval;
        while (offset >= ELEMENT_CNT_PER_BUCKET[bucket_no])
        {
            offset >>= RIGHT_SHIFT_PER_BUCKET[bucket_no];
            left -= BASE_PER_BUCKET[bucket_no]*(ELEMENT_CNT_PER_BUCKET[bucket_no] - newest[bucket_no] - (bucket_no == 0 ? 0 : 1));
            ++ bucket_no;
        }
        XASSERT(offset >= 1);
        XASSERT(inteval >= BASE_PER_BUCKET[bucket_no]*offset);
        left -= BASE_PER_BUCKET[bucket_no] * (offset - 1);
        uint pos = (newest[bucket_no] + offset) % ELEMENT_CNT_PER_BUCKET[bucket_no];
        buckets[bucket_no][pos].push_back(ListNode(left, handler));
    }

    void TimingWheel::step()
    {
        std::vector<Handler> handlers;
        {
            boost::recursive_mutex::scoped_lock lock(mtx);
            for (int bucket_no = 0; bucket_no < BUCKET_CNT; bucket_no++)
            {
                newest[bucket_no] = (newest[bucket_no] + 1) % ELEMENT_CNT_PER_BUCKET[bucket_no];
                std::list<ListNode>& cur_list(buckets[bucket_no][newest[bucket_no]]);
                while (!cur_list.empty())
                {
                    if (bucket_no == 0 || cur_list.front().inteval == 0)
                    {
                        handlers.push_back(cur_list.front().handler);
                    }
                    else
                    {
                        setTimer(cur_list.front().inteval, cur_list.front().handler);
                    }
                    cur_list.pop_front();
                }
                if (newest[bucket_no] != 0)
                {
                    break;
                }
            }
        }
        for (std::size_t i = 0; i < handlers.size(); i++)
        {
            handlers[i]->onTimeout();
        }
    }
}