folly/io/async/HHWheelTimer.h

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  11  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
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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  * Comparison:
  37  * AsyncTimeout - a single timeout.
  38  * HHWheelTimer - a set of efficient timeouts with different interval,
  39  *    but timeouts are not exact.
  40  *
  41  * All of the above are O(1) in insertion, tick update and cancel
  42
  43  * This implementation ticks once every 10ms.
  44  * We model timers as the number of ticks until the next
  45  * due event.  We allow 32-bits of space to track this
  46  * due interval, and break that into 4 regions of 8 bits.
  47  * Each region indexes into a bucket of 256 lists.
  48  *
  49  * Bucket 0 represents those events that are due the soonest.
  50  * Each tick causes us to look at the next list in a bucket.
  51  * The 0th list in a bucket is special; it means that it is time to
  52  * flush the timers from the next higher bucket and schedule them
  53  * into a different bucket.
  54  *
  55  * This technique results in a very cheap mechanism for
  56  * maintaining time and timers, provided that we can maintain
  57  * a consistent rate of ticks.
  58  */
  59 class HHWheelTimer : private folly::AsyncTimeout,
  60                      public folly::DelayedDestruction {
  61  public:
  62   // This type has always been a misnomer, because it is not a unique pointer.
  63   using UniquePtr = std::unique_ptr<HHWheelTimer, Destructor>;
  64   using SharedPtr = std::shared_ptr<HHWheelTimer>;
  65
  66   template <typename... Args>
  67   static UniquePtr newTimer(Args&&... args) {
  68     return UniquePtr(new HHWheelTimer(std::forward<Args>(args)...));
  69   }
  70
  71   /**
  72    * A callback to be notified when a timeout has expired.
  73    */
  74   class Callback {
  75    public:
  76     Callback()
  77       : wheel_(nullptr)
  78       , expiration_(0) {}
  79
  80     virtual ~Callback();
  81
  82     /**
  83      * timeoutExpired() is invoked when the timeout has expired.
  84      */
  85     virtual void timeoutExpired() noexcept = 0;
  86
  87     /// This callback was canceled. The default implementation is to just
  88     /// proxy to `timeoutExpired` but if you care about the difference between
  89     /// the timeout finishing or being canceled you can override this.
  90     virtual void callbackCanceled() noexcept {
  91       timeoutExpired();
  92     }
  93
  94     /**
  95      * Cancel the timeout, if it is running.
  96      *
  97      * If the timeout is not scheduled, cancelTimeout() does nothing.
  98      */
  99     void cancelTimeout() {
 100       if (wheel_ == nullptr) {
 101         // We're not scheduled, so there's nothing to do.
 102         return;
 103       }
 104       cancelTimeoutImpl();
 105     }
 106
 107     /**
 108      * Return true if this timeout is currently scheduled, and false otherwise.
 109      */
 110     bool isScheduled() const {
 111       return wheel_ != nullptr;
 112     }
 113
 114    protected:
 115     /**
 116      * Don't override this unless you're doing a test. This is mainly here so
 117      * that we can override it to simulate lag in steady_clock.
 118      */
 119     virtual std::chrono::milliseconds getCurTime() {
 120       return std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(
 121         std::chrono::steady_clock::now().time_since_epoch());
 122     }
 123
 124    private:
 125     // Get the time remaining until this timeout expires
 126     std::chrono::milliseconds getTimeRemaining(
 127           std::chrono::milliseconds now) const {
 128       if (now >= expiration_) {
 129         return std::chrono::milliseconds(0);
 130       }
 131       return expiration_ - now;
 132     }
 133
 134     void setScheduled(HHWheelTimer* wheel,
 135                       std::chrono::milliseconds);
 136     void cancelTimeoutImpl();
 137
 138     HHWheelTimer* wheel_;
 139     std::chrono::milliseconds expiration_;
 140
 141     typedef boost::intrusive::list_member_hook<
 142       boost::intrusive::link_mode<boost::intrusive::auto_unlink> > ListHook;
 143
 144     ListHook hook_;
 145
 146     typedef boost::intrusive::list<
 147       Callback,
 148       boost::intrusive::member_hook<Callback, ListHook, &Callback::hook_>,
 149       boost::intrusive::constant_time_size<false> > List;
 150
 151     std::shared_ptr<RequestContext> context_;
 152
 153     // Give HHWheelTimer direct access to our members so it can take care
 154     // of scheduling/cancelling.
 155     friend class HHWheelTimer;
 156   };
 157
 158   /**
 159    * Create a new HHWheelTimer with the specified interval and the
 160    * default timeout value set.
 161    *
 162    * Objects created using this version of constructor can be used
 163    * to schedule both variable interval timeouts using
 164    * scheduleTimeout(callback, timeout) method, and default
 165    * interval timeouts using scheduleTimeout(callback) method.
 166    */
 167   static int DEFAULT_TICK_INTERVAL;
 168   explicit HHWheelTimer(
 169       folly::TimeoutManager* timeoutManager,
 170       std::chrono::milliseconds intervalMS =
 171           std::chrono::milliseconds(DEFAULT_TICK_INTERVAL),
 172       AsyncTimeout::InternalEnum internal = AsyncTimeout::InternalEnum::NORMAL,
 173       std::chrono::milliseconds defaultTimeoutMS =
 174           std::chrono::milliseconds(-1));
 175
 176   /**
 177    * Cancel all outstanding timeouts
 178    *
 179    * @returns the number of timeouts that were cancelled.
 180    */
 181   size_t cancelAll();
 182
 183   /**
 184    * Get the tick interval for this HHWheelTimer.
 185    *
 186    * Returns the tick interval in milliseconds.
 187    */
 188   std::chrono::milliseconds getTickInterval() const {
 189     return interval_;
 190   }
 191
 192   /**
 193    * Get the default timeout interval for this HHWheelTimer.
 194    *
 195    * Returns the timeout interval in milliseconds.
 196    */
 197   std::chrono::milliseconds getDefaultTimeout() const {
 198     return defaultTimeout_;
 199   }
 200
 201   /**
 202    * Schedule the specified Callback to be invoked after the
 203    * specified timeout interval.
 204    *
 205    * If the callback is already scheduled, this cancels the existing timeout
 206    * before scheduling the new timeout.
 207    */
 208   void scheduleTimeout(Callback* callback,
 209                        std::chrono::milliseconds timeout);
 210   void scheduleTimeoutImpl(Callback* callback,
 211                        std::chrono::milliseconds timeout);
 212
 213   /**
 214    * Schedule the specified Callback to be invoked after the
 215    * default timeout interval.
 216    *
 217    * If the callback is already scheduled, this cancels the existing timeout
 218    * before scheduling the new timeout.
 219    *
 220    * This method uses CHECK() to make sure that the default timeout was
 221    * specified on the object initialization.
 222    */
 223   void scheduleTimeout(Callback* callback);
 224
 225   template <class F>
 226   void scheduleTimeoutFn(F fn, std::chrono::milliseconds timeout) {
 227     struct Wrapper : Callback {
 228       Wrapper(F f) : fn_(std::move(f)) {}
 229       void timeoutExpired() noexcept override {
 230         try {
 231           fn_();
 232         } catch (std::exception const& e) {
 233           LOG(ERROR) << "HHWheelTimer timeout callback threw an exception: "
 234             << e.what();
 235         } catch (...) {
 236           LOG(ERROR) << "HHWheelTimer timeout callback threw a non-exception.";
 237         }
 238         delete this;
 239       }
 240       F fn_;
 241     };
 242     Wrapper* w = new Wrapper(std::move(fn));
 243     scheduleTimeout(w, timeout);
 244   }
 245
 246   /**
 247    * Return the number of currently pending timeouts
 248    */
 249   uint64_t count() const {
 250     return count_;
 251   }
 252
 253   /**
 254    * This turns on more exact timing.  By default the wheel timer
 255    * increments its cached time only once everyN (default) ticks.
 256    *
 257    * With catchupEveryN at 1, timeouts will only be delayed until the
 258    * next tick, at which point all overdue timeouts are called.  The
 259    * wheel timer is approximately 2x slower with this set to 1.
 260    *
 261    * Load testing in opt mode showed skew was about 1% with no catchup.
 262    */
 263   void setCatchupEveryN(uint32_t everyN) {
 264     catchupEveryN_ = everyN;
 265   }
 266
 267   bool isDetachable() const {
 268     return !folly::AsyncTimeout::isScheduled();
 269   }
 270
 271   using folly::AsyncTimeout::attachEventBase;
 272   using folly::AsyncTimeout::detachEventBase;
 273   using folly::AsyncTimeout::getTimeoutManager;
 274
 275  protected:
 276   /**
 277    * Protected destructor.
 278    *
 279    * Use destroy() instead.  See the comments in DelayedDestruction for more
 280    * details.
 281    */
 282   virtual ~HHWheelTimer();
 283
 284  private:
 285   // Forbidden copy constructor and assignment operator
 286   HHWheelTimer(HHWheelTimer const &) = delete;
 287   HHWheelTimer& operator=(HHWheelTimer const &) = delete;
 288
 289   // Methods inherited from AsyncTimeout
 290   virtual void timeoutExpired() noexcept;
 291
 292   std::chrono::milliseconds interval_;
 293   std::chrono::milliseconds defaultTimeout_;
 294
 295   static constexpr int WHEEL_BUCKETS = 4;
 296   static constexpr int WHEEL_BITS = 8;
 297   static constexpr unsigned int WHEEL_SIZE = (1 << WHEEL_BITS);
 298   static constexpr unsigned int WHEEL_MASK = (WHEEL_SIZE - 1);
 299   static constexpr uint32_t LARGEST_SLOT = 0xffffffffUL;
 300
 301   typedef Callback::List CallbackList;
 302   CallbackList buckets_[WHEEL_BUCKETS][WHEEL_SIZE];
 303
 304   int64_t timeToWheelTicks(std::chrono::milliseconds t) {
 305     return t.count() / interval_.count();
 306   }
 307
 308   bool cascadeTimers(int bucket, int tick);
 309   int64_t nextTick_;
 310   uint64_t count_;
 311   std::chrono::milliseconds now_;
 312
 313   static constexpr uint32_t DEFAULT_CATCHUP_EVERY_N = 10;
 314
 315   uint32_t catchupEveryN_;
 316   uint32_t expirationsSinceCatchup_;
 317   bool* processingCallbacksGuard_;
 318 };
 319
 320 } // folly