同步不同频率的定时并行进程

基础概念

同步不同频率的定时并行进程是指在同一个系统中，多个进程或线程以不同的时间间隔执行任务，并且需要协调它们的执行顺序和数据共享。这种场景常见于需要实时处理数据或任务的系统，如监控系统、数据分析系统等。

类型

时间轮（Timing Wheel）：一种高效的定时器实现方式，适用于大量定时任务的场景。
优先级队列：根据任务的优先级来调度任务，适用于需要优先处理某些任务的场景。
事件驱动：通过事件触发任务的执行，适用于需要实时响应的场景。

应用场景

监控系统：不同监控指标的采集频率不同，需要并行处理。
数据分析系统：实时数据处理和分析，不同数据源的数据更新频率不同。
自动化运维系统：定时执行各种维护任务，不同任务的执行频率不同。

遇到的问题及解决方法

问题1：进程间数据共享和同步

原因：多个进程并行执行时，可能会出现数据竞争和不一致的情况。

解决方法：

使用进程间通信（IPC）机制，如消息队列、共享内存等。
使用锁机制（如互斥锁、读写锁）来保护共享数据。

示例代码（Python）：

import multiprocessing
import time

# 共享数据
shared_data = multiprocessing.Value('i', 0)

# 锁
lock = multiprocessing.Lock()

def task1():
    global shared_data
    while True:
        with lock:
            shared_data.value += 1
        time.sleep(1)

def task2():
    global shared_data
    while True:
        with lock:
            print(f"Shared data: {shared_data.value}")
        time.sleep(2)

if __name__ == "__main__":
    p1 = multiprocessing.Process(target=task1)
    p2 = multiprocessing.Process(target=task2)
    
    p1.start()
    p2.start()
    
    p1.join()
    p2.join()

问题2：定时任务调度

原因：不同频率的任务调度可能会导致某些任务被延迟执行。

解决方法：

使用高效的定时器实现方式，如时间轮。
合理设置任务的优先级，确保重要任务能够及时执行。

示例代码（Python）：

import threading
import time

class TimingWheel:
    def __init__(self, interval):
        self.interval = interval
        self.wheel = [[] for _ in range(interval)]
        self.current_tick = 0
        self.lock = threading.Lock()
    
    def add_task(self, delay, task):
        tick = (self.current_tick + delay) % self.interval
        with self.lock:
            self.wheel[tick].append(task)
    
    def tick(self):
        with self.lock:
            tasks = self.wheel[self.current_tick]
            self.wheel[self.current_tick] = []
        for task in tasks:
            task()
        self.current_tick = (self.current_tick + 1) % self.interval

def task1():
    print("Task 1 executed")

def task2():
    print("Task 2 executed")

if __name__ == "__main__":
    timing_wheel = TimingWheel(interval=10)
    
    timing_wheel.add_task(delay=3, task=task1)
    timing_wheel.add_task(delay=5, task=task2)
    
    while True:
        timing_wheel.tick()
        time.sleep(1)