传统的定时器实现方案各有优劣:基于最小堆的定时器能够快速找到最早到期任务(O(1)),但插入和删除操作需要 O(logN) 的堆调整;红黑树的插入、查找、删除都是 O(logN),对于大量同时到期的任务处理更加自然;而时间轮(Hashed Wheel Timer)虽然能做到接近 O(1) 的插入和取消性能,却受限于 tick 粒度,无法像 timerfd 那样实现纳秒级精度。更关键的是,如何将这些数据结构与 Linux 的 epoll、timerfd 等系统机制完美结合,实现真正的事件驱动、低延迟定时器系统,是考验系统架构功力的关键。
项目它不仅实现了三种经典的定时器后端(最小堆、红黑树、时间轮),还深度整合了 Linux 的 timerfd 和 epoll,提供了两种驱动模式(epoll_wait timeout 和 timerfd 事件)的完整实现。本文将深入剖析其设计理念、实现原理,并对每一处核心源代码进行详尽讲解。
一、timerfd + epoll:Linux 高精度定时器
核心架构建立在 Linux 提供的两个强大机制之上:timerfd和epoll。
timerfd:定时器即文件描述符
在 Linux 系统中,timerfd 是一种特殊的文件描述符,它将定时器抽象为文件。这意味着:
- 统一的事件模型:timerfd 可以像 socket、pipe 一样直接注册到 epoll,与 IO 事件使用完全相同的驱动机制