1. 为什么需要时间轮？
在Dubbo中，为增强系统的容错能力，会有相应的监听判断处理机制。比如RPC调用的超时机制的实现，消费者判断RPC调用是否超时，如果超时会将超时结果返回给应用层。
在Dubbo最开始的实现中，是将所有的返回结果（DefaultFuture）都放入一个集合中，并且通过一个定时任务，每隔一定时间间隔就扫描所有的future，逐个判断是否超时。
这样的实现方式虽然比较简单，但是存在一个问题就是会有很多无意义的遍历操作开销。比如一个RPC调用的超时时间是10秒，而设置的超时判定的定时任务是2秒执行一次，那么可能会有4次左右无意义的循环检测判断操作。
为了解决上述场景中的类似问题，Dubbo借鉴Netty，引入了时间轮算法，减少无意义的轮询判断操作。
2. 时间轮原理
对于以上问题， 目的是要减少额外的扫描操作就可以了。比如说一个定时任务是在5 秒之后执行，那么在 4.9 秒之后才扫描这个定时任务，这样就可以极大减少 CPU开销。这时我们就可以利用时钟轮的机制了。
时钟轮的实质上是参考了生活中的时钟跳动的原理，那么具体是如何实现呢？
在时钟轮机制中，有时间槽和时钟轮的概念，时间槽就相当于时钟的刻度；而时钟轮就相当于指针跳动的一个周期，我们可以将每个任务放到对应的时间槽位上。
如果时钟轮有 10 个槽位，而时钟轮一轮的周期是 10 秒，那么我们每个槽位的单位时间就是 1 秒，而下一层时间轮的周期就是 100 秒，每个槽位的单位时间也就是 10 秒，这就好比秒针与分针， 在秒针周期下， 刻度单位为秒， 在分针周期下， 刻度为分。
假设现在我们有 3 个任务，分别是任务 A（0.9秒之后执行）、任务 B（2.1秒后执行）与任务 C（12.1秒之后执行），我们将这 3 个任务添加到时钟轮中，任务 A 被放到第 0 槽位，任务 B 被放到第 2槽位，任务 C 被放到下一层时间轮的第2个槽位，如下图所示：
通过这个场景我们可以了解到，时钟轮的扫描周期仍是最小单位1秒，但是放置其中的任务并没有反复扫描，每个任务会按要求只扫描执行一次， 这样就能够很好的解决CPU 浪费的问题。
这样可能会出现一个问题， 如果不断叠加时钟轮， 无限增长， 效率是会呈现下降，那么该如何解决？
针对于设定三个时钟轮， 小时轮， 分钟轮， 秒级轮。
3. Dubbo源码剖析
主要是通过Timer，Timeout，TimerTask几个接口定义了一个定时器的模型，再通过HashedWheelTimer这个类实现了一个时间轮定时器（默认的时间槽的数量是512，可以自定义这个值）。它对外提供了简单易用的接口，只需要调用newTimeout接口，就可以实现对只需执行一次任务的调度。通过该定时器，Dubbo在响应的场景中实现了高效的任务调度。
时间轮核心类HashedWheelTimer结构：
4. 时间轮在RPC的应用
- 调用超时与重试处理： 上面所讲的客户端调用超时的处理，就可以应用到时钟轮，我们每发一次请求，都创建一个处理请求超时的定时任务放到时钟轮里，在高并发、高访问量的情况下，时钟轮每次只轮询一个时间槽位中的任务，这样会节省大量的 CPU。
源码 FailbackRegistry， 代码片段：
// 构造方法
public FailbackRegistry(URL url) {
super(url);
this.retryPeriod = url.getParameter(REGISTRY_RETRY_PERIOD_KEY, DEFAULT_REGISTRY_RETRY_PERIOD);
// since the retry task will not be very much. 128 ticks is enough.
// 重试器的时间槽数量， 设定为128
retryTimer = new HashedWheelTimer(new NamedThreadFactory("DubboRegistryRetryTimer", true), retryPeriod, TimeUnit.MILLISECONDS, 128);
}
// 失败时间任务注册器
private void addFailedRegistered(URL url) {
FailedRegisteredTask oldOne = failedRegistered.get(url);
if (oldOne != null) {
return;
}
FailedRegisteredTask newTask = new FailedRegisteredTask(url, this);
oldOne = failedRegistered.putIfAbsent(url, newTask);
if (oldOne == null) {
// never has a retry task. then start a new task for retry.
// 旧任务不存在， 则放置时间轮，开启新一个任务
retryTimer.newTimeout(newTask, retryPeriod, TimeUnit.MILLISECONDS);
}
}- 定时心跳检测： RPC 框架调用端定时向服务端发送的心跳检测，来维护连接状态，我们可以将心跳的逻辑封装为一个心跳任务，放到时钟轮里。心跳是要定时重复执行的，而时钟轮中的任务执行一遍就被移除了，对于这种需要重复执行的定时任务我们该如何处理呢？我们在定时任务逻辑结束的最后，再加上一段逻辑， 重设这个任务的执行时间，把它重新丢回到时钟轮里。这样就可以实现循环执行。
源码HeaderExchangeServer代码片段：
...
// 建立心跳时间轮， 槽位数默认为128
private static final HashedWheelTimer IDLE_CHECK_TIMER = new HashedWheelTimer(new NamedThreadFactory("dubbo-server-idleCheck", true), 1,
TimeUnit.SECONDS, TICKS_PER_WHEEL);
...
// 启动心跳任务检测
private void startIdleCheckTask(URL url) {
if (!server.canHandleIdle()) {
AbstractTimerTask.ChannelProvider cp = () -> unmodifiableCollection(HeaderExchangeServer.this.getChannels());
int idleTimeout = getIdleTimeout(url);
long idleTimeoutTick = calculateLeastDuration(idleTimeout);
CloseTimerTask closeTimerTask = new CloseTimerTask(cp, idleTimeoutTick, idleTimeout);
this.closeTimerTask = closeTimerTask;
// init task and start timer.
// 开启心跳检测任务
IDLE_CHECK_TIMER.newTimeout(closeTimerTask, idleTimeoutTick, TimeUnit.MILLISECONDS);
}
}
...连接检测， 会不断执行， 加入时间轮中。
AbstractTimerTask源码：
@Override
public void run(Timeout timeout) throws Exception {
Collection<Channel> c = channelProvider.getChannels();
for (Channel channel : c) {
if (channel.isClosed()) {
continue;
}
// 调用心跳检测任务
doTask(channel);
}
// 重新放入时间轮中
reput(timeout, tick);
}还可以参考HeartbeatTimerTask、ReconnectTimerTask源码实现。
