C++ 定时器的实现

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发布于: 2020 年 05 月 06 日
在上一篇文章里，我分享了关于C++线程池的实现的内容。今天，我们来讲下C++定时器的实现。
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个人认为一个完备的定时器需要有如下功能：
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在某一时间点执行某一任务
在某段时间后执行某一任务
重复执行某一任务N次，任务间隔时间T
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那么如何实现定时器呢？下面是我自己实现的定时器逻辑，源码链接最后会附上。
定时器中主要的数据结构优先级任务队列：队列中存储任务，每个任务会添加时间戳，最近的时间戳的任务会先出队。
锁和条件变量：当有任务需要执行时，用于通知正在等待的线程从任务队列中取出任务执行。
线程池：各个任务会放在线程池中执行。
下面是相关代码：
class TimerQueue {
 public:
  struct InternalS {
      std::chrono::time_point<std::chrono::high_resolution_clock> time_point_;
      std::function<void()> func_;
      bool operator<(const InternalS& b) const { return time_point_ > b.time_point_; }
  };
  enum class RepeatedIdState { kInit = 0, kRunning = 1, kStop = 2 };
 private:
  std::priority_queue<InternalS> queue_;
  bool running_ = false;
  std::mutex mutex_;
  std::condition_variable cond_;
  wzq::ThreadPool thread_pool_;
  std::atomic<int> repeated_func_id_;
  wzq::ThreadSafeMap<int, RepeatedIdState> repeated_id_state_map_;
};
初始化在构造函数中初始化，主要是配置好内部的线程池，线程池中常驻的线程数目前设为4。关于线程池部分可以参考https://www.jianshu.com/p/41b7a1013907
TimerQueue() : running_(true), thread_pool_(wzq::ThreadPool::ThreadPoolConfig{4, 4, 40, std::chrono::seconds(4)}) {
    repeated_func_id_.store(0);
}
如何开启定时器功能？打开内部的线程池功能，用于执行放入定时器中的任务，同时新开一个线程，循环等待任务到来后送入线程池中执行。
bool Run() {
    bool ret = thread_pool_.Start();
    if (!ret) {
        return false;
    }
    std::thread([this]() { RunLocal(); }).detach();
    return true;
}
void RunLocal() {
    while (running_) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex_);
        if (queue_.empty()) {
            cond_.wait(lock);
            continue;
        }
        auto s = queue_.top();
        auto diff = s.time_point_ - std::chrono::high_resolution_clock::now();
        if (std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(diff).count() > 0) {
            cond_.wait_for(lock, diff);
            continue;
        } else {
            queue_.pop();
            lock.unlock();
            thread_pool_.Run(std::move(s.func_));
        }
    }
}
如何关闭定时器功能？这里是使用running_标志位控制，标志位为false，调度线程的循环就会自动退出，就不会继续等待任务执行。
void Stop() {
    running_ = false;
    cond_.notify_all();
}
如何在某一时间点执行任务？根据时间戳构造InternalS，放入队列中
template <typename F, typename... Args>
void AddFuncAtTimePoint(const std::chrono::time_point<std::chrono::high_resolution_clock>& time_point, F&& f,
                        Args&&... args) {
    InternalS s;
    s.time_point_ = time_point;
    s.func_ = std::bind(std::forward<F>(f), std::forward<Args>(args)...);
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex_);
    queue_.push(s);
    cond_.notify_all();
}
如何在某段时间后执行任务？根据当前时间加上时间段构造出时间戳从而构造InternalS，放入队列中
template <typename R, typename P, typename F, typename... Args>
void AddFuncAfterDuration(const std::chrono::duration<R, P>& time, F&& f, Args&&... args) {
    InternalS s;
    s.time_point_ = std::chrono::high_resolution_clock::now() + time;
    s.func_ = std::bind(std::forward<F>(f), std::forward<Args>(args)...);
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex_);
    queue_.push(s);
    cond_.notify_all();
}
如何循环执行任务？首先为这个循环任务生成标识ID，外部可以通过ID来取消此任务继续执行，代码如下，内部以类似递归的方式循环执行任务。
template <typename R, typename P, typename F, typename... Args>
int AddRepeatedFunc(int repeat_num, const std::chrono::duration<R, P>& time, F&& f, Args&&... args) {
    int id = GetNextRepeatedFuncId();
    repeated_id_state_map_.Emplace(id, RepeatedIdState::kRunning);
    auto tem_func = std::bind(std::forward<F>(f), std::forward<Args>(args)...);
    AddRepeatedFuncLocal(repeat_num - 1, time, id, std::move(tem_func));
    return id;
}
int GetNextRepeatedFuncId() { return repeated_func_id_++; }
template <typename R, typename P, typename F>
void AddRepeatedFuncLocal(int repeat_num, const std::chrono::duration<R, P>& time, int id, F&& f) {
    if (!this->repeated_id_state_map_.IsKeyExist(id)) {
        return;
    }
    InternalS s;
    s.time_point_ = std::chrono::high_resolution_clock::now() + time;
    auto tem_func = std::move(f);
    s.repeated_id = id;
    s.func_ = [this, &tem_func, repeat_num, time, id]() {
        tem_func();
        if (!this->repeated_id_state_map_.IsKeyExist(id) || repeat_num == 0) {
            return;
        }
        AddRepeatedFuncLocal(repeat_num - 1, time, id, std::move(tem_func));
    };
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex_);
    queue_.push(s);
    lock.unlock();
    cond_.notify_all();
}
如何取消循环任务的执行？定时器内部有repeated_id_state_map数据结构，用于存储循环任务的ID，当取消任务执行时，将此ID从repeated_id_state_map中移除，循环任务就会自动取消。
void CancelRepeatedFuncId(int func_id) { repeated_id_state_map_.EraseKey(func_id); }
简单的测试代码
void TestTimerQueue() {
    TimerQueue q;
    q.Run();
    for (int i = 5; i < 15; ++i) {
        q.AddFuncAfterDuration(std::chrono::seconds(i + 1), [i]() { std::cout << "this is " << i << std::endl; });
        q.AddFuncAtTimePoint(std::chrono::high_resolution_clock::now() + std::chrono::seconds(1),
                             [i]() { std::cout << "this is " << i << " at " << std::endl; });
    }
    int id = q.AddRepeatedFunc(10, std::chrono::seconds(1), []() { std::cout << "func " << std::endl; });
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(4));
    q.CancelRepeatedFuncId(id);
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(30));
    q.Stop();
}
完整代码完整代码可在github中查看。https://github.com/fightingwangzq/wzq_utils/blob/master/timer/include/timer/timer.h
发布于: 2020 年 05 月 06 日阅读数: 56
原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/f64199976dffc7687f00ec090】。文章转载请联系作者。
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安身立命（公众号：程序喵大人） 2018.05.26 加入
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C++ 定时器的实现

定时器中主要的数据结构

初始化

如何开启定时器功能？

如何关闭定时器功能？

如何在某一时间点执行任务？

如何在某段时间后执行任务？

如何循环执行任务？

如何取消循环任务的执行？

简单的测试代码

完整代码

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