在嚴肅的網絡程序中，應用層的心跳協議是必不可少的。應該用心跳消息來判斷對方進程是否能正常工作，“踢掉空閒連接”只是一時權宜之計。我這裡想順便講講 shared_ptr 和 weak_ptr 的用法。
如果一個連接連續幾秒鐘（後文以 8s 為例）內沒有收到數據，就把它斷開，為此有兩種簡單粗暴的做法：
每個連接保存“最後收到數據的時間 lastReceiveTime”，然後用一個定時器，每秒鐘遍歷一遍所有連接，斷開那些 (now - connection.lastReceiveTime) > 8s 的 connection。這種做法全局只有一個 repeated timer，不過每次 timeout 都要檢查全部連接，如果連接數目比較大（幾千上萬），這一步可能會比較費時。
每個連接設置一個 one-shot timer，超時定為 8s，在超時的時候就斷開本連接。當然，每次收到數據要去更新 timer。這種做法需要很多個 one-shot timer，會頻繁地更新 timers。如果連接數目比較大，可能對 reactor 的 timer queue 造成壓力。
使用 timing wheel 能避免上述兩種做法的缺點。timing wheel 可以翻譯為“時間輪盤”或“刻度盤”，本文保留英文。
連接超時不需要精確定時，只要大致 8 秒鐘超時斷開就行，多一秒少一秒關系不大。處理連接超時可以用一個簡單的數據結構：8 個桶組成的循環隊列。第一個桶放下一秒將要超時的連接，第二個放下 2 秒將要超時的連接。每個連接一收到數據就把自己放到第 8 個桶，然後在每秒鐘的 callback 裡把第一個桶裡的連接斷開，把這個空桶挪到隊尾。這樣大致可以做到 8 秒鐘沒有數據就超時斷開連接。更重要的是，每次不用檢查全部的 connection，只要檢查第一個桶裡的 connections，相當於把任務分散了。
Timing wheel 原理
《Hashed and hierarchical timing wheels: efficient data structures for implementing a timer facility》這篇論文詳細比較了實現定時器的各種數據結構，並提出了層次化的 timing wheel 與 hash timing wheel 等新結構。針對本文要解決的問題的特點，我們不需要實現一個通用的定時器，只用實現 simple timing wheel 即可。
Simple timing wheel 的基本結構是一個循環隊列，還有一個指向隊尾的指針 (tail)，這個指針每秒鐘移動一格，就像鐘表上的時針，timing wheel 由此得名。
以下是某一時刻 timing wheel 的狀態，格子裡的數字是倒計時（與通常的 timing wheel 相反），表示這個格子（桶子）中的連接的剩余壽命。
一秒鐘以後，tail 指針移動一格，原來四點鐘方向的格子被清空，其中的連接已被斷開。
連接超時被踢掉的過程
假設在某個時刻，conn 1 到達，把它放到當前格子中，它的剩余壽命是 7 秒。此後 conn 1 上沒有收到數據。
1 秒鐘之後，tail 指向下一個格子，conn 1 的剩余壽命是 6 秒。
又過了幾秒鐘，tail 指向 conn 1 之前的那個格子，conn 1 即將被斷開。
下一秒，tail 重新指向 conn 1 原來所在的格子，清空其中的數據，斷開 conn 1 連接。
連接刷新
如果在斷開 conn 1 之前收到數據，就把它移到當前的格子裡。
收到數據，conn 1 的壽命延長為 7 秒。
時間繼續前進，conn 1 壽命遞減，不過它已經比第一種情況長壽了。
多個連接
timing wheel 中的每個格子是個 hash set，可以容納不止一個連接。
比如一開始，conn 1 到達。
隨後，conn 2 到達，這時候 tail 還沒有移動，兩個連接位於同一個格子中，具有相同的剩余壽命。（下圖中畫成鏈表，代碼中是哈希表。）
幾秒鐘之後，conn 1 收到數據，而 conn 2 一直沒有收到數據，那麼 conn 1 被移到當前的格子中。這時 conn 1 的壽命比 conn 2 長。
代碼實現與改進
我們用以前多次出現的 EchoServer 來說明具體如何實現 timing wheel。代碼見 http://code.google.com/p/muduo/source/browse/trunk/examples/idleconnection
在具體實現中，格子裡放的不是連接，而是一個特制的 Entry struct，每個 Entry 包含 TcpConnection 的 weak_ptr。Entry 的析構函數會判斷連接是否還存在（用 weak_ptr），如果還存在則斷開連接。
數據結構：
typedef boost::weak_ptr<muduo::net::TcpConnection> WeakTcpConnectionPtr;
struct Entry : public muduo::copyable
{
Entry(const WeakTcpConnectionPtr& weakConn)
: weakConn_(weakConn)
{
}
~Entry()
{
muduo::net::TcpConnectionPtr conn = weakConn_.lock();
if (conn)
{
conn->shutdown();
}
}
WeakTcpConnectionPtr weakConn_;
};
typedef boost::shared_ptr<Entry> EntryPtr;
typedef boost::weak_ptr<Entry> WeakEntryPtr;
typedef boost::unordered_set<EntryPtr> Bucket;
typedef boost::circular_buffer<Bucket> WeakConnectionList;
在實現中，為了簡單起見，我們不會真的把一個連接從一個格子移到另一個格子，而是采用引用計數的辦法，用 shared_ptr 來管理 Entry。如果從連接收到數據，就把對應的 EntryPtr 放到這個格子裡，這樣它的引用計數就遞增了。當 Entry 的引用計數遞減到零，說明它沒有在任何一個格子裡出現，那麼連接超時，Entry 的析構函數會斷開連接。
Timing wheel 用 boost::circular_buffer 實現，其中每個 Bucket 元素是個 hash set of EntryPtr。
在構造函數中，注冊每秒鐘的回調（EventLoop::runEvery() 注冊 EchoServer::onTimer() ），然後把 timing wheel 設為適當的大小。
EchoServer::EchoServer(EventLoop* loop,
const InetAddress& listenAddr,
int idleSeconds)
: loop_(loop),
server_(loop, listenAddr, "EchoServer"),
connectionBuckets_(idleSeconds)
{
server_.setConnectionCallback(
boost::bind(&EchoServer::onConnection, this, _1));
server_.setMessageCallback(
boost::bind(&EchoServer::onMessage, this, _1, _2, _3));
loop->runEvery(1.0, boost::bind(&EchoServer::onTimer, this));
connectionBuckets_.resize(idleSeconds);
}
其中 EchoServer::onTimer() 的實現只有一行：往隊尾添加一個空的 Bucket，這樣 circular_buffer 會自動彈出隊首的 Bucket，並析構之。在析構 Bucket 的時候，會依次析構其中的 EntryPtr 對象，這樣 Entry 的引用計數就不用我們去操心，C++ 的值語意會幫我們搞定一切。
void EchoServer::onTimer()
{
connectionBuckets_.push_back(Bucket());
}
在連接建立時，創建一個 Entry 對象，把它放到 timing wheel 的隊尾。另外，我們還需要把 Entry 的弱引用保存到 TcpConnection 的 context 裡，因為在收到數據的時候還要用到 Entry。（思考題：如果 TcpConnection::setContext 保存的是強引用 EntryPtr，會出現什麼情況？）
void EchoServer::onConnection(const TcpConnectionPtr& conn)
{
LOG_INFO << "EchoServer - " << conn->peerAddress().toHostPort() << " -> "
<< conn->localAddress().toHostPort() << " is
