folly/io/async/HHWheelTimer.h

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  15  */
  16
  17 #pragma once
  18
  19 #include <folly/Optional.h>
  20 #include <folly/io/async/AsyncTimeout.h>
  21 #include <folly/io/async/DelayedDestruction.h>
  22
  23 #include <boost/intrusive/list.hpp>
  24 #include <glog/logging.h>
  25
  26 #include <chrono>
  27 #include <cstddef>
  28 #include <list>
  29 #include <memory>
  30
  31 namespace folly {
  32
  33 /**
  34  * Hashed Hierarchical Wheel Timer
  35  *
  36  * We model timers as the number of ticks until the next
  37  * due event.  We allow 32-bits of space to track this
  38  * due interval, and break that into 4 regions of 8 bits.
  39  * Each region indexes into a bucket of 256 lists.
  40  *
  41  * Bucket 0 represents those events that are due the soonest.
  42  * Each tick causes us to look at the next list in a bucket.
  43  * The 0th list in a bucket is special; it means that it is time to
  44  * flush the timers from the next higher bucket and schedule them
  45  * into a different bucket.
  46  *
  47  * This technique results in a very cheap mechanism for
  48  * maintaining time and timers.
  49  *
  50  * Unlike the original timer wheel paper, this implementation does
  51  * *not* tick constantly, and instead calculates the exact next wakeup
  52  * time.
  53  */
  54 class HHWheelTimer : private folly::AsyncTimeout,
  55                      public folly::DelayedDestruction {
  56  public:
  57   using UniquePtr = std::unique_ptr<HHWheelTimer, Destructor>;
  58   using SharedPtr = std::shared_ptr<HHWheelTimer>;
  59
  60   template <typename... Args>
  61   static UniquePtr newTimer(Args&&... args) {
  62     return UniquePtr(new HHWheelTimer(std::forward<Args>(args)...));
  63   }
  64
  65   /**
  66    * A callback to be notified when a timeout has expired.
  67    */
  68   class Callback
  69       : public boost::intrusive::list_base_hook<
  70             boost::intrusive::link_mode<boost::intrusive::auto_unlink>> {
  71    public:
  72     Callback() = default;
  73     virtual ~Callback();
  74
  75     /**
  76      * timeoutExpired() is invoked when the timeout has expired.
  77      */
  78     virtual void timeoutExpired() noexcept = 0;
  79
  80     /// This callback was canceled. The default implementation is to just
  81     /// proxy to `timeoutExpired` but if you care about the difference between
  82     /// the timeout finishing or being canceled you can override this.
  83     virtual void callbackCanceled() noexcept {
  84       timeoutExpired();
  85     }
  86
  87     /**
  88      * Cancel the timeout, if it is running.
  89      *
  90      * If the timeout is not scheduled, cancelTimeout() does nothing.
  91      */
  92     void cancelTimeout() {
  93       if (wheel_ == nullptr) {
  94         // We're not scheduled, so there's nothing to do.
  95         return;
  96       }
  97       cancelTimeoutImpl();
  98     }
  99
 100     /**
 101      * Return true if this timeout is currently scheduled, and false otherwise.
 102      */
 103     bool isScheduled() const {
 104       return wheel_ != nullptr;
 105     }
 106
 107    protected:
 108     /**
 109      * Don't override this unless you're doing a test. This is mainly here so
 110      * that we can override it to simulate lag in steady_clock.
 111      */
 112     virtual std::chrono::steady_clock::time_point getCurTime() {
 113       return std::chrono::steady_clock::now();
 114     }
 115
 116    private:
 117     // Get the time remaining until this timeout expires
 118     std::chrono::milliseconds getTimeRemaining(
 119         std::chrono::steady_clock::time_point now) const {
 120       if (now >= expiration_) {
 121         return std::chrono::milliseconds(0);
 122       }
 123       return std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(
 124           expiration_ - now);
 125     }
 126
 127     void setScheduled(HHWheelTimer* wheel,
 128                       std::chrono::milliseconds);
 129     void cancelTimeoutImpl();
 130
 131     HHWheelTimer* wheel_{nullptr};
 132     std::chrono::steady_clock::time_point expiration_{};
 133     int bucket_{-1};
 134
 135     typedef boost::intrusive::list<
 136       Callback,
 137       boost::intrusive::constant_time_size<false> > List;
 138
 139     std::shared_ptr<RequestContext> context_;
 140
 141     // Give HHWheelTimer direct access to our members so it can take care
 142     // of scheduling/cancelling.
 143     friend class HHWheelTimer;
 144   };
 145
 146   /**
 147    * Create a new HHWheelTimer with the specified interval and the
 148    * default timeout value set.
 149    *
 150    * Objects created using this version of constructor can be used
 151    * to schedule both variable interval timeouts using
 152    * scheduleTimeout(callback, timeout) method, and default
 153    * interval timeouts using scheduleTimeout(callback) method.
 154    */
 155   static int DEFAULT_TICK_INTERVAL;
 156   explicit HHWheelTimer(
 157       folly::TimeoutManager* timeoutManager,
 158       std::chrono::milliseconds intervalMS =
 159           std::chrono::milliseconds(DEFAULT_TICK_INTERVAL),
 160       AsyncTimeout::InternalEnum internal = AsyncTimeout::InternalEnum::NORMAL,
 161       std::chrono::milliseconds defaultTimeoutMS =
 162           std::chrono::milliseconds(-1));
 163
 164   /**
 165    * Cancel all outstanding timeouts
 166    *
 167    * @returns the number of timeouts that were cancelled.
 168    */
 169   size_t cancelAll();
 170
 171   /**
 172    * Get the tick interval for this HHWheelTimer.
 173    *
 174    * Returns the tick interval in milliseconds.
 175    */
 176   std::chrono::milliseconds getTickInterval() const {
 177     return interval_;
 178   }
 179
 180   /**
 181    * Get the default timeout interval for this HHWheelTimer.
 182    *
 183    * Returns the timeout interval in milliseconds.
 184    */
 185   std::chrono::milliseconds getDefaultTimeout() const {
 186     return defaultTimeout_;
 187   }
 188
 189   /**
 190    * Schedule the specified Callback to be invoked after the
 191    * specified timeout interval.
 192    *
 193    * If the callback is already scheduled, this cancels the existing timeout
 194    * before scheduling the new timeout.
 195    */
 196   void scheduleTimeout(Callback* callback,
 197                        std::chrono::milliseconds timeout);
 198   void scheduleTimeoutImpl(Callback* callback,
 199                        std::chrono::milliseconds timeout);
 200
 201   /**
 202    * Schedule the specified Callback to be invoked after the
 203    * default timeout interval.
 204    *
 205    * If the callback is already scheduled, this cancels the existing timeout
 206    * before scheduling the new timeout.
 207    *
 208    * This method uses CHECK() to make sure that the default timeout was
 209    * specified on the object initialization.
 210    */
 211   void scheduleTimeout(Callback* callback);
 212
 213   template <class F>
 214   void scheduleTimeoutFn(F fn, std::chrono::milliseconds timeout) {
 215     struct Wrapper : Callback {
 216       Wrapper(F f) : fn_(std::move(f)) {}
 217       void timeoutExpired() noexcept override {
 218         try {
 219           fn_();
 220         } catch (std::exception const& e) {
 221           LOG(ERROR) << "HHWheelTimer timeout callback threw an exception: "
 222             << e.what();
 223         } catch (...) {
 224           LOG(ERROR) << "HHWheelTimer timeout callback threw a non-exception.";
 225         }
 226         delete this;
 227       }
 228       F fn_;
 229     };
 230     Wrapper* w = new Wrapper(std::move(fn));
 231     scheduleTimeout(w, timeout);
 232   }
 233
 234   /**
 235    * Return the number of currently pending timeouts
 236    */
 237   uint64_t count() const {
 238     return count_;
 239   }
 240
 241   bool isDetachable() const {
 242     return !folly::AsyncTimeout::isScheduled();
 243   }
 244
 245   using folly::AsyncTimeout::attachEventBase;
 246   using folly::AsyncTimeout::detachEventBase;
 247   using folly::AsyncTimeout::getTimeoutManager;
 248
 249  protected:
 250   /**
 251    * Protected destructor.
 252    *
 253    * Use destroy() instead.  See the comments in DelayedDestruction for more
 254    * details.
 255    */
 256   ~HHWheelTimer() override;
 257
 258  private:
 259   // Forbidden copy constructor and assignment operator
 260   HHWheelTimer(HHWheelTimer const &) = delete;
 261   HHWheelTimer& operator=(HHWheelTimer const &) = delete;
 262
 263   // Methods inherited from AsyncTimeout
 264   void timeoutExpired() noexcept override;
 265
 266   std::chrono::milliseconds interval_;
 267   std::chrono::milliseconds defaultTimeout_;
 268
 269   static constexpr int WHEEL_BUCKETS = 4;
 270   static constexpr int WHEEL_BITS = 8;
 271   static constexpr unsigned int WHEEL_SIZE = (1 << WHEEL_BITS);
 272   static constexpr unsigned int WHEEL_MASK = (WHEEL_SIZE - 1);
 273   static constexpr uint32_t LARGEST_SLOT = 0xffffffffUL;
 274
 275   typedef Callback::List CallbackList;
 276   CallbackList buckets_[WHEEL_BUCKETS][WHEEL_SIZE];
 277   std::vector<uint64_t> bitmap_;
 278
 279   int64_t timeToWheelTicks(std::chrono::milliseconds t) {
 280     return t.count() / interval_.count();
 281   }
 282
 283   bool cascadeTimers(int bucket, int tick);
 284   int64_t lastTick_;
 285   int64_t expireTick_;
 286   uint64_t count_;
 287   std::chrono::steady_clock::time_point startTime_;
 288
 289   int64_t calcNextTick();
 290
 291   void scheduleNextTimeout();
 292
 293   bool* processingCallbacksGuard_;
 294   CallbackList timeouts; // Timeouts queued to run
 295
 296   std::chrono::steady_clock::time_point getCurTime() {
 297     return std::chrono::steady_clock::now();
 298   }
 299 };
 300
 301 } // namespace folly