定时器升级为分级时间轮

前言

之前skynet_fly的定时器是用一个间隔60秒的check循环来实现的，这样做的好处是避免了skynet注册长时间定时器占用lua携程的问题。但随着使用场景的增多，这种实现暴露出了一些不足：1是精度被限制在check间隔内；2是取消操作需要遍历查找；3是大量定时器时check开销增大。所以决定把底层换成经典的分级时间轮（Hierarchical Timing Wheel），对标Linux内核的实现方式，在保证O(1)创建和取消的前提下，大幅提升性能。

旧实现的问题

旧的实现方式：

-- 伪代码
while not is_cancel do
    skynet.sleep(6000) -- 60秒check一次
    if now >= target_time then
        callback()
    end
end

优点：

• 避免了skynet.timeout长时间占用携程

缺点：

• 取消定时器需要标记后等待下次check才真正停止
• 精度最高60秒（虽然实际可以更短的check间隔，但太短又增加开销）
• 大量定时器时遍历check开销 O(n)
• 延长定时器需要额外计算

分级时间轮实现

数据结构

借鉴Linux内核经典的4级时间轮结构：

层级	槽数	覆盖范围	精度
tv1	256	[cur, cur+255]	1 tick
tv2	64	[cur+256, cur+16383]	256 ticks
tv3	64	[cur+16384, cur+1048575]	16384 ticks
tv4	64	[cur+1048576, cur+67108863]	1048576 ticks

最大可调度延迟：67108863 ticks ≈ 671088 秒 ≈ 7.77天。

核心操作复杂度

操作	复杂度	说明
create	O(1)	根据延迟时间直接定位槽位
cancel	O(1)	双向链表直接摘除，无搜索
extend	O(1)	cancel + create
dispatch	O(k)	k = 当前tick到期数量

关键实现思路

1. 定位槽位

根据到期时间和当前游标的差值，决定插入哪一级的哪个槽：

• 差值 < 256 → tv1
• 差值 < 16384 → tv2
• 差值 < 1048576 → tv3
• 否则 → tv4

2. 级联（Cascade）

当时间推进时，低级轮转完一圈，需要从高级轮取出对应槽的定时器重新分配到低级轮。这就是”cascade”操作，类似钟表的进位。

3. 驱动调度

使用skynet.timeout作为底层tick驱动。通过维护一个pending_expire和pending_version：

• 只注册一个skynet.timeout指向最近到期时间
• 当新定时器比当前pending更早到期时，用version机制让旧timeout自动失效
• 空闲时用心跳tick保持轮转（最长60秒间隔）

4. 双向链表

每个槽是一个双向链表，定时器节点直接挂载。取消时直接从链表摘除，O(1)完成，无需搜索。

性能优化

P0: 消除dispatch的table分配

cascade过程中需要暂存定时器列表。使用栈式复用的pending_readd数组，避免每次dispatch都创建新table。

P0: 回调同步执行

回调使用xpcall直接执行，不fork新携程，减少携程创建开销。

P0: skynet.timeout局部缓存

local skynet_timeout = skynet.timeout

减少全局查找（注意skynet.now不缓存，兼容录像系统）。

P2: 对象池复用

已完成/已取消的定时器table放入对象池，下次new时直接取出复用，减少GC压力。

-- 默认最大缓存256个
M.set_pool_max(256)

引用计数策略：用户通过release()主动归还，忘记调用则由GC自然回收。

新增API

相比旧版本，新增了以下便捷API：

API	说明
M:once(expire, callback, ...)	创建单次定时器
M:new_loop(expire, callback, ...)	创建循环定时器
timer_obj:is_cancelled()	是否已取消
timer_obj:is_finished()	是否已完成
timer_obj:is_loop()	是否循环
timer_obj:remain_times()	剩余次数
timer_obj:is_valid()	是否仍有效
timer_obj:release()	释放对象供池复用
M.set_warn_threshold(ticks)	设置耗时告警阈值
M.set_pool_max(max)	设置对象池大小

使用示例

local timer = require "skynet-fly.timer"

-- 便捷API
local t = timer:once(timer.second * 5, function()
    log.info("5秒后触发")
end)

-- 循环定时器
local loop = timer:new_loop(timer.second * 2, function()
    log.info("每2秒")
end)

-- 查询状态
print(t:remain_expire())   -- 剩余tick
print(loop:is_valid())     -- true

-- 延长
t:extend(timer.second * 3)

-- 取消
loop:cancel()

-- 释放回池
t:release()

时间常量

M.loop   = 0          -- 循环标记
M.second = 100        -- 1秒
M.minute = 6000       -- 1分钟
M.hour   = 360000     -- 1小时
M.day    = 8640000    -- 1天

API文档

skynetfly源码地址