Nginx中Timer的實現紅黑樹的應用

在說主題之前先來說一下linux中timer的實現：在linux中，設定定時器，是通過每次系統定時器時鐘的中斷處理程式來設定相應的軟中斷位，然後通過這個中斷處理程式掃瞄系統中所有掛起的定時器，如果發現哪個定時器超時了就呼叫相應的處理函式，也就說linux定時器是通過系統中斷實現的。

在nginx中，timer是自己實現的，而且實現的方法完全不同，它是通過乙個紅黑樹去維護所有的time節點。然後在工作程序中每一迴圈都會呼叫ngx_process_events_and_timers函式，這個函式中又會呼叫處理定時器的函式ngx_event_expire_timers，這個函式每一次都會從紅黑樹中取最小的時間值，判斷是否超時，超時就執行他們的函式，直到取出的不超時為止。類似的做法還有libevent中的小根堆維護time的思想，這兩種思想是類似的，而且也能把定時器的超時時間和一些i/o事件統一到了工作程序之中。

來看看定時器的初始化ngx_event.c中：

/*初始化計時器，此處將會建立起一顆紅黑色，來維護計時器。*/    
if (ngx_event_timer_init(cycle->log) == ngx_error) 
//timer的初始化
ngx_int_t
ngx_event_timer_init(ngx_log_t *log)
ngx_event_timer_mutex = ngx_mutex_init(log, 0);
if (ngx_event_timer_mutex == null) 
#endif
return ngx_ok;
}

這個函式就是呼叫 ngx_rbtree_init來初始化一顆nginx自己實現的紅黑樹。

接下來就是如何去定義乙個timer事件了：

就是利用下面這個函式，將乙個定時事件的超時時間值加入到紅黑樹中即可，與之對應的還有乙個從紅黑樹中刪除的操作函式：ngx_event_del_timer

//將乙個定時時間加入到紅黑樹中，交給紅黑樹維護
static ngx_inline void
ngx_event_add_timer(ngx_event_t *ev, ngx_msec_t timer) //timer說白了就是乙個int型別的值，表示超時的時間值，紅黑樹節點的key就是這個timer
ngx_del_timer(ev);
}ev->timer.key = key;
ngx_log_debug3(ngx_log_debug_event, ev->log, 0,
"event timer add: %d: %m:%m",
ngx_event_ident(ev->data), timer, ev->timer.key);
//需要進行加鎖操作保證執行緒安全
ngx_mutex_lock(ngx_event_timer_mutex);
ngx_rbtree_insert(&ngx_event_timer_rbtree, &ev->timer); //將定時事件的timer域插入到紅黑樹當中
ngx_mutex_unlock(ngx_event_timer_mutex);
ev->timer_set = 1;
}

那麼nginx是如何處理定時事件的：

在ngx_process_events_and_timers中對定時事件處理,先去把當前紅黑樹中最小的事件找到，然後傳遞給epoll的wait，這一點保證epoll可以處理超時事件，因為如果epoll收到超時事件卻沒有收到這個那麼超時事件就不會得到處理了：

if (ngx_timer_resolution)  else 
#endif
}

尋找最小的節點ngx_event_find_timer：

//用於返回當前紅黑樹當中的超時時間，說白了就是返回紅黑樹中最左邊的元素的超時時間
ngx_msec_t
ngx_event_find_timer(void)
ngx_mutex_lock(ngx_event_timer_mutex);
root = ngx_event_timer_rbtree.root;
sentinel = ngx_event_timer_rbtree.sentinel;
node = ngx_rbtree_min(root, sentinel); //找到紅黑樹中key最小的節點
ngx_mutex_unlock(ngx_event_timer_mutex);
timer = (ngx_msec_int_t) (node->key - ngx_current_msec);//返回的是還剩下的超時時間
return (ngx_msec_t) (timer > 0 ? timer : 0);
}

在ngx_process_events_and_timers函式中獲取這個值，因為這個值是要用來設定epoll的wait時間的，保證epoll在處理的時候，最小的超時事件既然能及時得到處理，其他就都能都得到處理了，否則，已經超時了，epoll還未處理，那也就不能達到定時的目的了.

接下來：

就是說epoll wait事件是耗時的，在耗時的時間中，已經超時的就應該被刪除，同時呼叫相應的處理函式處理.

/*delta是上文對epoll wait事件的耗時統計，存在毫秒級的耗時就對所有事件的timer進行檢查，如果time out就從timer rbtree中，刪除到期的timer，同時呼叫相應事件的handler函式完成處理。 */

if (delta)

在ngx_process_events_and_timers中呼叫gx_event_expire_timers處理所有的定時事件，那麼為什麼要去判斷這個delta呢？因為這個值統計的是處理其餘事件的用時，如果用時超過了毫秒，那麼就應呼叫ngx_event_expire_timers這個函式處理所有的定時，否則就不會呼叫，因為剛處理完，完全沒必要再去處理一次，效能就是在這些細節中提公升上來的。

ngx_event_expire_timers函式：

void ngx_event_expire_timers(void)
node = ngx_rbtree_min(root, sentinel); //獲取key最小的節點
/* node->key <= ngx_current_time */
if ((ngx_msec_int_t) (node->key - ngx_current_msec) <= 0) 
break;
}ngx_mutex_unlock(ngx_event_timer_mutex);
}

總結：

在nginx中timer的實現是通過這種從紅黑樹中選取最小定時事件的方式，利用了紅黑樹查詢的高效，再結合自己對效能的優化，將定時器融入到worker程序之中，在nginx的執行環境之中，這種方式可能比linux中斷那一套更為高效，真的是太有智慧型了！

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