前言
在生活中太阳的东升西落，鸟类的南飞北归，四级的轮换，每天的上下班，海水的潮汐，每月的房租车贷等等，如果用程序员的视角看，这就是一个个的定时任务，在日常的开发工作中也有很多的定时任务场景：
假如现在有一个任务需要3s后执行，你会如何实现？
简单点，直接一个线程的休眠，thread.sleep(3000),一行代码就能达到目的，但是性能嘛……，由于每个任务都需要一个单独的线程，当系统中存在大量任务，
任务调度
假如，现在有一个任务需要3s后执行，你会如何实现呢？
简单点，直接一个休眠，让线程sleep 3s，不就达到目的了吗？但是性能嘛……，由于每个任务都需要一个单独的线程，在系统中存在大量任务时，这种方案的消耗是极其巨大的，那么如何实现高效的调度呢？大佬们低头看了一眼手表，一个算法出现了
时间轮的数据结构
如图所示，这就是时间轮的一个基础结构，一个存储了定时任务的环形队列，可以理解为一个时间钟，队列的每个节点称为时间槽，每个槽位又使用列表存储着需要执行的定时任务。和生活中的钟表运行机制一样，每隔固定的单位时间，就会从一个槽位跳到下一个槽位，就像秒针跳动了一次，再取出当前槽位的任务进行执行。假如固定单位时间为1S，当前槽位位2，如果需要插入一个3S后的任务，就会在槽位5的的列表里加上当前任务。等指针运行到第五个槽位时，取出任务执行就可以了。
时间轮的最大优势是在时间复杂度上的优势，一个任务简单的生命周期：
其中第三步的执行时间是固定的，所以1，2，4这三部就的时间复杂度就决定了整个任务调度流程的复杂度，而时间轮是链式存储结构，所以在增删和查询时，时间复杂度都是0（1），其他常见的任务调度算法例如最小堆和红黑树以及跳表。
最小堆是一颗完全二叉树而且子节点的值总是大于等于父节点的值，所以在插入时候需要判断父节点的关系，它的时间添加操作时间复杂度是O(logn),在任务执行时，只需要判断最顶节点就行，所以它的查询时间复杂度时哦O（1）。
根据红黑树的特性已经被归纳法证明它的增加的时间复杂度是O（logn）,查找最小节点的时间复杂度位O（h）。
跳表的的本质是实现二分查找法的有序链表，但是他有多个层级，和红黑树的高度值相似，它的时间复杂度也是O（logn）
高级时间轮
如上图所示，如果一个刻度代表1S，那么一个周期就是1分钟，但是如果我一个任务是在3分钟后执行呢，如果是在一个12小时后执行呢？
当然如果是单纯的增加环形链表的长度也是可以的，直接扩大到3600*24，一天一个周期，直接放进来。但是还有更好的办法。
带轮次标记的任务
任务执行轮次的计算公式：（（任务执行时间-当前时间）/固定单位时间）%槽位数量
根据槽位计算公式可以算出当前任务需要插入执行的轮次，我在任务上面加一个字段round，当每次执行到该槽位时，就遍历该槽位的任务列表，每个任务的round-1，取出来round=0的任务执行就行。
for(Task task:taskList){
int round= task.getRound();
round=(round-1);
task.setRound(round);
if(round==0){
doTask(task);
}
}
如果任务间隔不是很大，看起来也是不错的一种解决方式。
但是工作中有很多任务，延迟执行的时间是很久以后的，例如延保履约服务成功之后会有一个7天自动完成的定时任务，甚至有一些几年后才会执行的任务，如果都用round来处理的话，那这个round将会变的非常大的一个数字，也会在任务列表中插入很多当前不需要执行的任务，如果每次都执行上面的逻辑，显然会浪费大量的资源。
多层时间轮
多层时间轮的核心思想是：
就上上图的水表，有很多小的表盘，但是每个表盘的刻度其实是不一样，又或者手表里的时分秒或者日历上的年月日。
针对时间复杂度的问题：不做遍历计算round,只要到了当前槽位，就把任务列表的所有任务拿出来执行。
针对空间复杂度的问题：分层，每个层级的时间轮刻度不一样，多个时间轮协调工作。
如上图所示，第一次时间轮，每个刻度是1ms,一轮是20ms,第二个层时间轮的刻度是20ms,一轮就是400ms,第三层的刻度是400ms,一轮就是8000ms,每层的周期就等于 20ms *2的n次方。这要使用多层级时间轮就可以很容易把任务区分开来。每当高层次时间轮到达当前节点，就把任务降级到低层级的时间轮上。对于400ms的时间轮来说，小于1ms和小于399ms的任务都是过期任务，只要不大于400ms，都认为是过期任务。
代码实现的话，往上也有很多，最近比较火热的POWER-JOB的分布式调度框架就是才有的时间轮算法，粘贴下核心代码大家看下：
1.首先定义了一个任务接口
public interface TimerTask extends Runnable {
}
2.调度中的任务对象
public interface TimerFuture {
/**
* 获取实际要执行的任务
* @return
*/
TimerTask getTask();
/**
* 取消任务
* @return
*/
boolean cancel();
/**
* 任务是否取消
* @return
*/
boolean isCancelled();
/**
* 任务是否完成
* @return
*/
boolean isDone();
}
3.调度器接口
public interface Timer {
/**
* 调度定时任务
*/
TimerFuture schedule(TimerTask task, long delay, TimeUnit unit);
/**
* 停止所有调度任务
*/
Set stop();
}
4.时间轮的实现
public class HashedWheelTimer implements Timer {
private final long tickDuration;
private final HashedWheelBucket[] wheel;
private final int mask;
private final Indicator indicator;
private final long startTime;
private final Queue waitingTasks = Queues.newLinkedBlockingQueue();
private final Queue canceledTasks = Queues.newLinkedBlockingQueue();
private final ExecutorService taskProcessPool;
public HashedWheelTimer(long tickDuration, int ticksPerWheel) {
this(tickDuration, ticksPerWheel, 0);
}
/**
* 新建时间轮定时器
* @param tickDuration 时间间隔，单位毫秒（ms）
* @param ticksPerWheel 轮盘个数
* @param processThreadNum 处理任务的线程个数，0代表不启用新线程（如果定时任务需要耗时操作，请启用线程池）
*/
public HashedWheelTimer(long tickDuration, int ticksPerWheel, int processThreadNum) {
this.tickDuration = tickDuration;
// 初始化轮盘，大小格式化为2的N次，可以使用 & 代替取余
int ticksNum = CommonUtils.formatSize(ticksPerWheel);
wheel = new HashedWheelBucket[ticksNum];
for (int i = 0; i {
if (timerFuture.status == HashedWheelTimerFuture.WAITING) {
tasks.add(timerFuture.timerTask);
}
};
waitingTasks.forEach(consumer);
for (HashedWheelBucket bucket : wheel) {
bucket.forEach(consumer);
}
return tasks;
}
}
}
作者：京东保险 陈建华
来源：京东云开发者社区
