简单实现PHP对时间轮算法的方法

什么是时间轮算法？

把任务放到它需要被执行的时刻，然后等待时针转到这个时刻，取出该时刻的任务，执行并将任务从该时刻删除（消费）。

解决了什么问题？

以商品为例，如何实现商品的过保质期自动失效？
1：我们可以每分钟执行一个定时任务，扫描全表过期时间大于当前时间的商品，进行失效处理。(当然，也可以将该任务细化成秒级的）
2：商品添加时，将该商品的失效时间放入时间轮，当时间走到过期时间这个时间点时，发现该任务，将商品失效处理。
如上，1和2两种方法都能得到我们想要的结果。但是很明显，1方案每次都会有扫表的操作，如果细化成秒级，日均扫表86400次，即使加上索引，也会造成数据表的负担。而2和数据表无关，有任务就执行，没任务就移动到下一秒，效率明显更高。

分层时间轮的作用？

上述的例子有一个问题就是，我们的这个时间轮必须够大，才能将任务放到指定的年月日时分秒执行。这里就引入了分层时间轮的概念。
我们可以设计一个年轮，一个月轮，一个日轮，（时、分、秒轮），这样一组带着层级的时间轮。我们知道商品的过期时间是某年，那么我们将这个任务先投放到年轮里，只有到了指定的年轮，才会执行到这个任务，然后层层分发，将任务依次投放到月、日、时、分、秒轮（一直到任务被成功执行）。
这样，我们只需要6层，就能概括大多数的时间。但是这只是举例，我们不用局限于日常的这些单位，我们可以设计每30秒为一层，上一层对下一层负责。

用PHP简单模拟一个时间轮来解决的场景

required: redis-service、PHP-cli、PHPRedis extension

0、业务需求场景（FROM 滴滴）

有一个APP实时消息通道系统，对每个用户会维护一个APP到服务器的TCP连接，用来实时收发消息，对这个TCP连接，有这样一个需求：“如果连续30s没有请求包（例如登录，消息，keepalive包），服务端就要将这个用户的状态置为离线”。
其中，单机TCP同时在线量约在10w级别，keepalive请求包较分散大概30s一次，吞吐量约在3000qps。

1、先写一个30秒一轮的时间轮，其实就是一个0到30的队列来模拟时间的推进。

<?PHP
    $redis = new Redis();
    $redis->connect('localhost', 6379);
    //$redis->auth('S'); //如果有密码要进行认证
    //写一个定时器，每秒对redis的key进行查询
    while (true) {
      //1分钟60秒，每30秒一个循环，当作当前的index
      $time = date('s')>30?date('s')/2:date('s');

      $set_key = $redis->lindex('testlist',(int)$time);
      //清空当前key中的slot的值，并将用户u_id设置为离线
      if($redis->exists($set_key)){
        $uid = $redis->smembers($set_key);
        //对uid进行处理
        foreach ($uid as  $value) {
          //将用户设置为离线并记录日志
          file_put_contents('offline.txt', $value.'离线了'.PHP_EOL,FILE_APPEND);
          //移出当前slot
          $redis->srem($set_key,$value);
        }
      }
      sleep(1);
    }?>

2、写一个模拟用户登录的系统

function connect(){
  $redis = new Redis();
  $redis->connect('localhost', 6379);
 // $redis->auth('S');
  return $redis;}function init(){
  $redis = connect();
  //初始化，只执行一次，维护一个初始的list
  if(!$redis->exists('testlist')){
      for ($i=0; $i <=30; $i++) { 
        $redis->lpush('testlist','slot-'.$i);
      }
  }}function login(){
  $redis = connect();
  //写一个登录系统，用户登录后记录日志，并放到定时器中
  $uid = 666666;
  //根据hash查找到当前用户uid对应的index
  $index = $redis->hget('timeline-index',$uid);
  if($index){
    //删除当前用户的slot_index,避免过期
    $redis->srem($index,$uid);
  }
  //放到新的index里,并记录当前用户对应的index
  $time = date('s')>30?date('s')/2:date('s');
  $time = $time>0?$time-1:30;
  //从队列获取当前的插槽
  $set_key = $redis->lindex('testlist',(int)$time);
  //插入插槽并记录index
  $redis->sadd($set_key,$uid);
  $redis->hset('timeline-index',$uid,$set_key);
  file_put_contents('online.txt', $uid.'上线了'.PHP_EOL,FILE_APPEND);}init();login();

3、数据结构介绍

主要使用了redis的list数据结构做环形队列，redis的set结构做任务存储，redis的hash结构做uid和用户所在set结构所处的index映射。

4、执行流程介绍

登录流程：用户每次登录，都会把用户离线任务所在的时间轮查到，然后删除，避免时间轮执行到任务，把用户置为离线状态。然后给用户分配当前秒数的前一秒作为下次过期的时间，这样，下次执行到这个任务又是30秒。最后将index和uid做好映射关系。
轮询流程：每秒执行一次，判断当前秒有没有要执行的任务，如果有，将当前秒的任务取出来处理，时间过度到下一秒。

（编辑：北几岛）

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