(HttpClient超时机制)timeout调度算法探讨

继上一篇文章： HttpClient超时机制(安全问题处理:访问超大文件控制)

 

提到了一个需要管理所有request请求的timeout，原先文章的一种处理方式是起一个异步线程的方式，通过jdk的unsafe的await机制控制timeout。 

 

存在的问题：

1.  创建新线程的开销不小。

2.  大量线程的调度和切换，引起不必要的context switch

 

和同事在沟通的过程中，提到一种新思路，就是有一个monitor线程来管理所有request的timeout。

 

1. 启动一个monitor thread，是一个while true运行
2. 每个请求创建之前都先注册到monitor，比如什么时候过期和对应的request句柄，完成后注销。 
3. 运行的monitor，定时读取注册的request信息，发现有数据过期时间到了，直接拿到request引用，执行强制关闭。

针对monitor timeout调度设计时，也想过几种思路：

 

思路1： 插入o(1) + 调度o(N)+ 主动轮询式

维护一个list队列，monitor线程间隔固定频遍历一次list队列。挑出时间已经过期的数据，执行关闭。

 

思路2： 插入o(logN) + 调度o(1) + 主动轮询式

维护一个有序队列(根据距离过期时间最近做升序排序)，monitor线程间隔固定频取出头节点，进行关闭处理。

 

思路3： 插入o(logN) + 调度o(1) + 阻塞通知式

维护一个二叉树(根据距离过期时间最近做升序排序)，monitor阻塞于二叉树队列，获取头节点，通过signal方式唤醒。

 

很明显，思路3在处理上比较靠谱，性能上和处理成本比较好。

 

二叉树第一直觉就是选择PriorityQueue或者TreeMap。 

 

PriorityQueue是一个基于object[]数组实现的二叉树，而TreeMap走的是红黑树，比较传统的left,right节点的树实现。

 

考虑再加上timeout时间需要进行delay处理，最后就有一个不二之选DelayQueue了，其内部包含了一个PriorityQueue做为其数据存储。

 

DelayQueue的Item对象是需要实现Delayed接口

 

 

public interface Delayed extends Comparable<Delayed> {

     long getDelay(TimeUnit unit);
}

 说明：getDelay主要返回对应距离目标time还存在剩余的delay时间。这里插入一个request后，立马调用该方法返回的应该就是你想要的timeout时间。

 

 

代码实现：

 

/**
 * 超时控制线程，基于DelayQueue实现的一套超时管理机制
 * 
 * <pre>
 * 几个特点
 * 1. O(logN)的超时控制算法
 * 2. timout处理更精确，时间控制精度为毫秒(ms)
 * 3. thread-safe(线程安全)
 * </pre>
 * 
 * @author jianghang 2011-3-7 下午12:39:17
 */
class HttpTimeoutThread extends Thread {

    // init time for nano
    private static final long                       MILL_ORIGIN = System.currentTimeMillis();
    // thread-safe,定时触发timeout
    private volatile DelayQueue<HttpTimeoutDelayed> queue = new DelayQueue<HttpTimeoutDelayed>();

    public void run() {
        while (true) {
            try {
                HttpTimeoutDelayed delay = this.queue.take();
                delay.doTimeout();
            } catch (InterruptedException e) {
                // ignore interrupt
            }
        }
    }

    public void addHttpRequest(HttpClientRequest request, long timeout) {
        this.queue.put(new HttpTimeoutDelayed(request, timeout));
    }

    // 内部timeout Delay控制
    class HttpTimeoutDelayed implements Delayed {

        private HttpClientRequest request; // 管理对应的request
        private long              now;    // 记录具体request产生时的now的偏移时间点，单位ms
        private long              timeout; // 记录具体需要被delayed处理的偏移时间点,单位ms

        public HttpTimeoutDelayed(HttpClientRequest request, long timeout){
            this.request = request;
            this.timeout = timeout;
            this.now = System.currentTimeMillis() - MILL_ORIGIN;
        }

        /**
         * 对应的超时处理
         */
        public void doTimeout() {
            this.request.forceRelease();// 强制关闭对应的链接
        }

        @Override
        public long getDelay(TimeUnit unit) {
            long currNow = System.currentTimeMillis() - MILL_ORIGIN;
            long d = unit.convert(now + timeout - currNow, TimeUnit.MILLISECONDS);
            return d;
        }

        @Override
        public int compareTo(Delayed other) {
            if (other == this) { // compare zero ONLY if same object
                return 0;
            } else if (other instanceof HttpTimeoutDelayed) {
                HttpTimeoutDelayed x = (HttpTimeoutDelayed) other;
                long diff = now + timeout - (x.now + x.timeout);
                return diff < 0 ? 1 : (diff > 0 ? 1 : (now > x.now ? 1 : -1)); // 相等情况按照插入时间倒序
            } else {
                long d = (getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS) - other.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS));
                return (d == 0) ? 0 : ((d < 0) ? -1 : 1);
            }
        }

    }

}

 

 

启动Thread : 

 

private static HttpTimeoutThread timeoutGuard = null;
    static {
        timeoutGuard = new HttpTimeoutThread();
        timeoutGuard.setDaemon(true); // 设置为daemon线程,允许主进程关闭后退出
        timeoutGuard.setName("HttpClientHelper Timeout Guard");
        timeoutGuard.start(); // 启动
    }

//注册request到monitor线程
HttpClientHelper.timeoutGuard.addHttpRequest(request, connectTimeOut + waitDataTimeOut);

后记：

最后思考一下timeout的处理机制，就类似于一个定时器的概念，只不过这个定时器执行一次。所以最后也查了下linux的定时器调度算法，前面3种思路也是大同小异。 

 

现在linux操作系统使用的应该是wheel调度算法，具体可以参看一篇IBM的文章： Linux 下定时器的实现方式分析

 

其对应的几种算法复杂度： 

 

实现方式	StartTimer	StopTimer	PerTickBookkeeping
基于链表	O(1)	O(n)	O(n)
基于排序链表	O(n)	O(1)	O(1)
基于最小堆	O(lgn)	O(1)	O(1)
基于时间轮	O(1)	O(1)	O(1)

 

 

ps :  最后感慨一下，java的确给我们封装了很多不错的工具包，比较方便。java.util.*还是有许多比较不错的算法和实现，可以深挖下。

评论

14 楼 agapple 2011-03-11  

dennis_zane 写道

Netty3自带了一个timer wheel算法的实现，可以直接扣出来用。不过通常来说，基于优先队列的ScheduleThreadPoolExecutor已经足够用了。

得抽空看看netty的源码实现，一直想看mina和netty的源码可一直没时间

13 楼 hquxiezk 2011-03-11  

过2年看能不能看个明白，呵呵

12 楼 dennis_zane 2011-03-11  

Netty3自带了一个timer wheel算法的实现，可以直接扣出来用。不过通常来说，基于优先队列的ScheduleThreadPoolExecutor已经足够用了。

11 楼 zjhlht 2011-03-11  

确实研究好深，发现能学到的东西不仅仅是这一点啊！

10 楼 agapple 2011-03-11  

frankiegao123 写道

MultiThreadedHttpConnectionManager 对于同一个 HOST，默认只有 2 个 HTTP 连接的池。在大量 HTTP 请求时使用这个就需要调整 HTTP 连接数的，呵呵。

因为我完全是一个对外系统的访问，对应url都是客户输入，重用链接没任何意义，用完一次就可以关闭。

我这里使用MultiThreadedHttpConnectionManager并不是为了共享连接。而是利用了它可以强制关闭链接的功能。

其他我找不到相应的public入口操作http socket链接，不过非正常手段到可以用反射，不是很愿意这么搞。

9 楼 agapple 2011-03-11  

cz2009 写道

我用的是httpclient自带的设置,一个是建立连接时间,一个是读数据时间. 目前表现还好.请问我这样设置有什么缺点?

正如上一篇文件描述的，如果给定的一部电影的url地址，链接会一直不能被关闭，直到数据流被读完，如果来个几十次这样的请求，应用估计也差不多崩溃了。

目前httpClient3.1只支持3种timeout的设置：

connectionTimeout  :  socket建立链接的超时时间，Httpclient包中通过一个异步线程去创建socket链接，对应的超时控制。
timeoutInMilliseconds :  socket read数据的超时时间， socket.setSoTimeout(timeout);
httpConnectionTimeout :  如果那个的是MultiThreadedHttpConnectionManager，对应的是从连接池获取链接的超时时间。

timeoutInMilliseconds就是你说的读取时间，它的定义是多长时间内如果无数据同步就认为超时。但如果是一个超大文件流，每隔1S给你来点数据，所以你这两个设置的时间，很快你的线程就会被一直RUNNING。来个几十请求，系统就差不多over了。

这里我们就需要给整个HttpClient请求做一个总的timeout时间控制，避免出现类似的情况。或者你也可以改写HttpClient关于输出流的实现，但不是很建议。因为HttpClient这样的设计也是有自己一定的理由，它为了链接共享,pooling，支持chunk协议等，就必须在一个请求关闭时把上一次未读完的流数据给消费光。避免对下一次请求的影响

8 楼 cz2009 2011-03-11  

我用的是httpclient自带的设置,一个是建立连接时间,一个是读数据时间. 目前表现还好.请问我这样设置有什么缺点?

7 楼 frankiegao123 2011-03-11  

MultiThreadedHttpConnectionManager 对于同一个 HOST，默认只有 2 个 HTTP 连接的池。在大量 HTTP 请求时使用这个就需要调整 HTTP 连接数的，呵呵。

6 楼 agapple 2011-03-10  

说白了timeout超时扫描，也就是定时Timer的一种特殊应用场景，每个Timer只会触发一次而已。

类似的应用场景蛮多的，特别是在一些异步RPC调用中

5 楼 agapple 2011-03-10  

whaosoft 写道

555 看了上一贴才明白 lz这一贴 哈哈 lz研究东西挺强的 有别的什么联系方式吗

哈，多谢支持。 项目中的需要，为了安全考虑，不然系统容易被人秒杀了。

这也是我同事发现的问题，我负责分析+编码。顺便研究了Linux wheel定时器调度算法，有空也可以实现个简单的。

4 楼 whaosoft 2011-03-10  

555 看了上一贴才明白 lz这一贴 哈哈 lz研究东西挺强的 有别的什么联系方式吗

3 楼 tou3921 2011-03-10  

这种帖子才有思想

2 楼 rgun 2011-03-10  

挖掘的蛮深入的，同顶~~

1 楼 NanguoCoffee 2011-03-10  

给你顶一个