⏱️ 深入理解定时器中的【时间轮算法】

 

 

👉 时间轮（Timing Wheel） 是：

• • 定时器
• • 网络框架（Netty）
• • 游戏服务器
• • Unity 战斗/BUFF/技能/CD
• • 事件调度系统

里的核心算法之一，属于**“看似基础，实则是对抽象极好的应用”**的内容。

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⏱️ 深入理解定时器中的【时间轮算法】

—— 为什么它是 O(1) 的定时器神器？

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一、为什么我们需要时间轮？

先从一个真实问题说起。

🎮 Unity 中的常见定时需求

• • 技能 CD（5s、30s、120s）
• • BUFF 持续时间
• • DOT / HOT
• • 延迟事件（3 秒后播放动画）
• • 网络心跳 / 超时检测
• • AI 行为延迟执行

最直观写法：

List<Timer> timers;

foreach (var t in timers)
{
    if (Time.time >= t.TriggerTime)
        t.Execute();
}

❌ 问题是什么？

• • 每帧遍历所有定时器
• • 时间复杂度：O(n)
• • n 大了直接炸（服务器尤甚）

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二、传统定时器方案对比（为什么不行）

方案	数据结构	插入	触发	问题
List	数组	O(1)	O(n)	每帧扫描
SortedList	有序数组	O(n)	O(1)	插入慢
小顶堆	PriorityQueue	O(log n)	O(log n)	高频触发压力大
红黑树	Tree	O(log n)	O(log n)	实现复杂

👉 有没有 O(1) 插入 + O(1) 触发？

答案是：时间轮

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三、时间轮的核心思想（一句话版）

用“时间槽”代替“时间点”，
把未来的任务提前放进对应的槽里，
时间走到哪，就只处理那个槽。

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四、时间轮的直觉模型（钟表模型）

 

• • 一个环形数组
• • 每个格子叫 Slot（槽）
• • 每个槽存多个定时任务
• • 指针每 Tick 前进一步

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五、一个任务如何被调度？

假设：

• • 时间轮刻度 = 1 秒
• • 槽数量 = 8
• • 当前指针在 Slot 2
• • 新任务：5 秒后执行

计算位置：

slotIndex = (currentIndex + delay) % slotCount
          = (2 + 5) % 8
          = 7

👉 把任务放进 Slot 7

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六、时间轮工作流程（图解）

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七、时间复杂度为什么是 O(1)？

插入任务：

• • 直接计算槽位
• • 加入 List
• • O(1)

Tick 执行：

• • 只处理当前槽
• • O(1)（均摊）

总结：

时间轮用空间换时间，把“排序问题”变成“索引问题”

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八、单层时间轮的缺陷

⚠️ 问题来了：

• • 最大延迟 = slotCount * tickDuration
• • 如果要支持：
• • 1 小时
• • 24 小时
• • 7 天

❌ 单层时间轮不够

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九、多层时间轮（Hierarchical Timing Wheel）

类比现实钟表：

层级	现实	槽数
Level 0	秒针	60
Level 1	分针	60
Level 2	时针	24

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多层结构图

 

Level 0 (Seconds)

Level 1 (Minutes)

Level 2 (Hours)

• • 当前层走完一圈
• • 推动上层
• • 任务逐级下沉

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十、简易版时间轮实现（核心示例）

定时任务结构

public class TimerTask
{
    public int RemainingRounds;
    public Action Callback;
}

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时间轮核心结构

public class TimeWheel
{
    private readonly List<TimerTask>[] slots;
    private int currentIndex;

    public TimeWheel(int slotCount)
    {
        slots = new List<TimerTask>[slotCount];
        for (int i = 0; i < slotCount; i++)
            slots[i] = new List<TimerTask>();
    }

    public void AddTask(int delay, Action callback)
    {
        int index = (currentIndex + delay) % slots.Length;
        int rounds = delay / slots.Length;

        slots[index].Add(new TimerTask
        {
            RemainingRounds = rounds,
            Callback = callback
        });
    }

    public void Tick()
    {
        var list = slots[currentIndex];

        for (int i = list.Count - 1; i >= 0; i--)
        {
            var task = list[i];
            if (task.RemainingRounds <= 0)
            {
                task.Callback();
                list.RemoveAt(i);
            }
            else
            {
                task.RemainingRounds--;
            }
        }

        currentIndex = (currentIndex + 1) % slots.Length;
    }
}

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使用示例

TimeWheel wheel = new TimeWheel(60);

void Start()
{
    wheel.AddTask(5, () => Debug.Log("5 秒后执行"));
}

void Update()
{
    if (Time.frameCount % 60 == 0)
        wheel.Tick();
}

 

十一、时间轮 vs Unity Coroutine

维度	Coroutine	时间轮
大量定时	❌ GC 压力	✅
精度	帧级	Tick 级
可控性	差	强
服务器适配	❌	✅
性能	中	极高

👉 服务器 / 大规模定时任务：时间轮完胜

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十二、典型应用场景（你可以写进简历）

• • MMO 技能冷却系统
• • BUFF 生命周期管理
• • 网络超时 / 心跳检测
• • 延迟消息队列
• • AI 行为调度
• • ECS 世界 Tick 系统

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十三、常见坑点总结

❌ Tick 精度过小 → 槽爆炸
❌ Tick 精度过大 → 任务延迟
❌ 忘记多层轮 → 最大延迟不够
❌ List 未反向遍历 → Remove 崩
❌ 回调中 AddTask → 注意线程安全

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十四、终极总结一句话

时间轮不是“更快的排序”，
而是“直接取消排序需求”的时间结构设计。

🎯 面试题

1️⃣ 为什么时间轮插入是 O(1)？

因为通过时间取模直接定位槽位，不需要排序。

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2️⃣ 时间轮和小顶堆定时器的核心差异？

堆依赖排序，时间轮依赖索引。

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3️⃣ 单层时间轮最大延迟怎么算？

slotCount × tickDuration

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4️⃣ 为什么服务器更偏好时间轮？

大量定时任务下，堆的 log n 成本不可控。

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5️⃣ Unity 中哪些系统适合时间轮？

技能 CD、BUFF、延迟事件、网络超时。