时间轮算法

有的时候博客内容会有变动，首发博客是最新的，其他博客地址可能会未同步, 认准 https://blog.zysicyj.top

全网最细面试题手册，支持艾宾浩斯记忆法。这是一份最全面、最详细、最高质量的 java 面试题，不建议你死记硬背，只要每天复习一遍，有个大概印象就行了。https://store.amazingmemo.com/chapterDetail/1685324709017001`

image.png
image.png

时间轮算法

时间轮算法是一种用于任务调度的高效数据结构，它可以在 O(1) 的时间复杂度内添加、删除和获取任务。这种算法通常用于实现定时器功能。

基本概念

时间轮由多个槽组成，每个槽代表时间轮上的一个时间间隔。所有的任务都会根据它们的超时时间被分配到对应的槽中。时间轮会周期性地旋转，当时间轮旋转到某个槽时，该槽中的所有任务都会被执行。

核心组件

  • 指针（或称为当前时间指示器）：指向当前时间槽的指针。
  • 时间槽：时间轮上的一个个槽位，用于存放任务。
  • 任务链表：每个时间槽都有一个任务链表，用于存放分配到该槽的所有任务。

时间轮的优势

  • 高效的任务调度：时间轮可以在常数时间内进行任务的添加、删除和到期检查。
  • 轻量级：时间轮结构简单，不需要复杂的数据结构支持。
  • 可扩展性：可以通过增加时间轮的层数来扩展时间轮的范围，以支持更长时间的定时任务。

时间轮的应用

时间轮算法广泛应用于各种系统中，用于实现定时器功能。例如：

  • 网络编程：用于管理网络连接的超时。
  • 操作系统：用于实现操作系统的定时器服务。
  • 数据库：用于管理数据库中的定时任务。

示例代码

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
class TimeWheel:
    def __init__(self, slots):
        self.slots = [list() for _ in range(slots)]
        self.current_slot = 0

    def add_task(self, task, timeout):
        slot = (self.current_slot + timeout) % len(self.slots)
        self.slots[slot].append(task)

    def tick(self):
        self.current_slot = (self.current_slot + 1) % len(self.slots)
        for task in self.slots[self.current_slot]:
            task.execute()
        self.slots[self.current_slot] = []

# 使用时间轮
time_wheel = TimeWheel(10)
time_wheel.add_task(task1, 5)
time_wheel.add_task(task2, 7)
for _ in range(10):
    time_wheel.tick()

在这个简单的例子中，我们创建了一个有 10 个槽的时间轮，并添加了两个任务，分别在 5 个和 7 个时间单位后执行。然后我们模拟时间轮的旋转，每次调用 tick 方法时间轮都会旋转一次。当时间轮旋转到相应的槽时，该槽中的任务会被执行。