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Java時(shí)間輪調(diào)度算法的代碼實(shí)現(xiàn)

更新時(shí)間：2025年03月27日 11:49:00 作者：拾荒的小海螺

時(shí)間輪是一種高效的定時(shí)調(diào)度算法,主要用于管理延時(shí)任務(wù)或周期性任務(wù),它通過(guò)一個(gè)環(huán)形數(shù)組（時(shí)間輪）和指針來(lái)實(shí)現(xiàn),將大量定時(shí)任務(wù)分?jǐn)偟焦潭ǖ臅r(shí)間槽中,極大地降低了時(shí)間復(fù)雜度和資源開銷,本文給大家介紹了Java時(shí)間輪調(diào)度算法的代碼實(shí)現(xiàn),需要的朋友可以參考下

1、簡(jiǎn)述

時(shí)間輪是一種高效的定時(shí)調(diào)度算法，主要用于管理延時(shí)任務(wù)或周期性任務(wù)。它通過(guò)一個(gè)環(huán)形數(shù)組（時(shí)間輪）和指針來(lái)實(shí)現(xiàn)，將大量定時(shí)任務(wù)分?jǐn)偟焦潭ǖ臅r(shí)間槽中，極大地降低了時(shí)間復(fù)雜度和資源開銷。

時(shí)間輪的常見(jiàn)應(yīng)用場(chǎng)景包括：

分布式系統(tǒng)中的延時(shí)任務(wù)調(diào)度。
網(wǎng)絡(luò)框架（如 Netty）中的連接超時(shí)管理。
消息中間件（如 Kafka）中的定時(shí)任務(wù)管理。

2、時(shí)間輪的原理

時(shí)間輪的核心思想是將時(shí)間劃分為多個(gè)時(shí)間槽，每個(gè)時(shí)間槽對(duì)應(yīng)一個(gè)固定的時(shí)間段。一個(gè)指針不斷移動(dòng)，當(dāng)指針指向某個(gè)時(shí)間槽時(shí)，執(zhí)行該時(shí)間槽內(nèi)的所有任務(wù)。

核心組成部分：

時(shí)間輪：由環(huán)形數(shù)組組成，每個(gè)槽（bucket）存儲(chǔ)任務(wù)隊(duì)列。
指針：表示當(dāng)前的時(shí)間點(diǎn)，周期性移動(dòng)。
任務(wù)：存儲(chǔ)需要延時(shí)執(zhí)行的邏輯和時(shí)間信息。

3. 時(shí)間輪的實(shí)現(xiàn)步驟

下面以 Java 實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)易的時(shí)間輪為例，分步驟展示：

3.1 定義時(shí)間槽

public class TimeSlot {
    private List<Runnable> tasks = new ArrayList<>();

    public void addTask(Runnable task) {
        tasks.add(task);
    }

    public List<Runnable> getTasks() {
        return tasks;
    }

    public void clearTasks() {
        tasks.clear();
    }
}

3.2 定義時(shí)間輪

public class TimeWheel {
    private TimeSlot[] slots;
    private int currentIndex = 0;
    private final int slotCount;
    private final long tickDuration;

    public TimeWheel(int slotCount, long tickDuration) {
        this.slotCount = slotCount;
        this.tickDuration = tickDuration;
        this.slots = new TimeSlot[slotCount];
        for (int i = 0; i < slotCount; i++) {
            slots[i] = new TimeSlot();
        }
    }

    public void addTask(Runnable task, long delay) {
        int slotIndex = (int) ((currentIndex + delay / tickDuration) % slotCount);
        slots[slotIndex].addTask(task);
    }

    public void tick() {
        TimeSlot slot = slots[currentIndex];
        for (Runnable task : slot.getTasks()) {
            task.run();
        }
        slot.clearTasks();
        currentIndex = (currentIndex + 1) % slotCount;
    }
}

3.3 使用時(shí)間輪

public class TimeWheelExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        TimeWheel timeWheel = new TimeWheel(10, 1000); // 10 個(gè)槽，每個(gè)槽間隔 1 秒

        timeWheel.addTask(() -> System.out.println("Task 1 executed!"), 3000);
        
        timeWheel.addTask(() -> System.out.println("Task 2 executed!"), 5000);
      	timeWheel.addTask(() -> System.out.println("Task 3 executed!"), 4000);
        while (true) {
            timeWheel.tick();
            Thread.sleep(1000); // 每秒執(zhí)行一次 tick
        }
    }
}

4、時(shí)間輪的優(yōu)勢(shì)

高效性：
時(shí)間輪在執(zhí)行延時(shí)任務(wù)時(shí)避免了頻繁遍歷所有任務(wù)，僅對(duì)當(dāng)前槽中的任務(wù)進(jìn)行操作。
可擴(kuò)展性：
時(shí)間輪可以根據(jù)需求調(diào)整槽的數(shù)量和 tick 的間隔時(shí)間。
應(yīng)用廣泛性：
在分布式系統(tǒng)、消息隊(duì)列、網(wǎng)絡(luò)超時(shí)管理等場(chǎng)景中表現(xiàn)出色。

5、總結(jié)

時(shí)間輪是一種優(yōu)雅而高效的定時(shí)任務(wù)管理算法，適用于延時(shí)任務(wù)場(chǎng)景。通過(guò)上述實(shí)現(xiàn)，我們可以在 Java 中快速構(gòu)建一個(gè)簡(jiǎn)單的時(shí)間輪框架，并根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)一步優(yōu)化。

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