一個(gè)系統(tǒng)中存在著大量的調(diào)度任務(wù)，同時(shí)調(diào)度任務(wù)存在時(shí)間的滯后性，而大量的調(diào)度任務(wù)如果每一個(gè)都使用自己的調(diào)度器來(lái)管理任務(wù)的生命周期的話，浪費(fèi)cpu的資源而且很低效。
本文來(lái)介紹 go-zero 中 延遲操作，它可能讓開發(fā)者調(diào)度多個(gè)任務(wù)時(shí)，只需關(guān)注具體的業(yè)務(wù)執(zhí)行函數(shù)和執(zhí)行時(shí)間「立即或者延遲」。而 延遲操作，通?？梢圆捎脙蓚€(gè)方案：
Timer：定時(shí)器維護(hù)一個(gè)優(yōu)先隊(duì)列，到時(shí)間點(diǎn)執(zhí)行，然后把需要執(zhí)行的 task 存儲(chǔ)在 map 中collection 中的 timingWheel ，維護(hù)一個(gè)存放任務(wù)組的數(shù)組，每一個(gè)槽都維護(hù)一個(gè)存儲(chǔ)task的雙向鏈表。開始執(zhí)行時(shí)，計(jì)時(shí)器每隔指定時(shí)間執(zhí)行一個(gè)槽里面的tasks。
方案2把維護(hù)task從 優(yōu)先隊(duì)列 O(nlog(n)) 降到 雙向鏈表 O(1)，而執(zhí)行task也只要輪詢一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的tasks O(N)，不需要像優(yōu)先隊(duì)列，放入和刪除元素 O(nlog(n))。
我們先看看 go-zero 中自己對(duì) timingWheel 的使用 ：
cache 中的 timingWheel
首先我們先來(lái)在 collection 的 cache 中關(guān)于 timingWheel 的使用：
timingWheel, err := NewTimingWheel(time.Second, slots, func(k, v interface{}) {
key, ok := k.(string)
if !ok {
return
}
cache.Del(key)
})
if err != nil {
return nil, err
}
cache.timingWheel = timingWheel
這是 cache 初始化中也同時(shí)初始化 timingWheel 做key的過(guò)期處理，參數(shù)依次代表：
interval：時(shí)間劃分刻度numSlots：時(shí)間槽execute：時(shí)間點(diǎn)執(zhí)行函數(shù)
在 cache 中執(zhí)行函數(shù)則是 刪除過(guò)期key，而這個(gè)過(guò)期則由 timingWheel 來(lái)控制推進(jìn)時(shí)間。
接下來(lái)，就通過(guò) cache 對(duì) timingWheel 的使用來(lái)認(rèn)識(shí)。
初始化
// 真正做初始化
func newTimingWheelWithClock(interval time.Duration, numSlots int, execute Execute, ticker timex.Ticker) (
*TimingWheel, error) {
tw := TimingWheel{
interval: interval, // 單個(gè)時(shí)間格時(shí)間間隔
ticker: ticker, // 定時(shí)器，做時(shí)間推動(dòng)，以interval為單位推進(jìn)
slots: make([]*list.List, numSlots), // 時(shí)間輪
timers: NewSafeMap(), // 存儲(chǔ)task{key, value}的map [執(zhí)行execute所需要的參數(shù)]
tickedPos: numSlots - 1, // at previous virtual circle
execute: execute, // 執(zhí)行函數(shù)
numSlots: numSlots, // 初始化 slots num
setChannel: make(chan timingEntry), // 以下幾個(gè)channel是做task傳遞的
moveChannel: make(chan baseEntry),
removeChannel: make(chan interface{}),
drainChannel: make(chan func(key, value interface{})),
stopChannel: make(chan lang.PlaceholderType),
}
// 把 slot 中存儲(chǔ)的 list 全部準(zhǔn)備好
tw.initSlots()
// 開啟異步協(xié)程，使用 channel 來(lái)做task通信和傳遞
go tw.run()
return tw, nil
}
以上比較直觀展示 timingWheel 的 “時(shí)間輪”，后面會(huì)圍繞這張圖解釋其中推進(jìn)的細(xì)節(jié)。
go tw.run() 開一個(gè)協(xié)程做時(shí)間推動(dòng)：
func (tw *TimingWheel) run() {
for {
select {
// 定時(shí)器做時(shí)間推動(dòng) -> scanAndRunTasks()
case -tw.ticker.Chan():
tw.onTick()
// add task 會(huì)往 setChannel 輸入task
case task := -tw.setChannel:
tw.setTask(task)
...
}
}
}
可以看出，在初始化的時(shí)候就開始了 timer 執(zhí)行，并以internal時(shí)間段轉(zhuǎn)動(dòng)，然后底層不停的獲取來(lái)自 slot 中的 list 的task，交給 execute 執(zhí)行。
Task Operation
緊接著就是設(shè)置 cache key ：
func (c *Cache) Set(key string, value interface{}) {
c.lock.Lock()
_, ok := c.data[key]
c.data[key] = value
c.lruCache.add(key)
c.lock.Unlock()
expiry := c.unstableExpiry.AroundDuration(c.expire)
if ok {
c.timingWheel.MoveTimer(key, expiry)
} else {
c.timingWheel.SetTimer(key, value, expiry)
}
}
先看在 data map 中有沒(méi)有存在這個(gè)key存在，則更新 expire -> MoveTimer()第一次設(shè)置key -> SetTimer()
所以對(duì)于 timingWheel 的使用上就清晰了，開發(fā)者根據(jù)需求可以 add 或是 update。
同時(shí)我們跟源碼進(jìn)去會(huì)發(fā)現(xiàn)：SetTimer() MoveTimer() 都是將task輸送到channel，由 run() 中開啟的協(xié)程不斷取出 channel 的task操作。
SetTimer() -> setTask()：
not exist task：getPostion -> pushBack to list -> setPositionexist task：get from timers -> moveTask()
MoveTimer() -> moveTask()
由上面的調(diào)用鏈，有一個(gè)都會(huì)調(diào)用的函數(shù)：moveTask()
func (tw *TimingWheel) moveTask(task baseEntry) {
// timers: Map => 通過(guò)key獲取 [positionEntry「pos, task」]
val, ok := tw.timers.Get(task.key)
if !ok {
return
}
timer := val.(*positionEntry)
// {delay interval} => 延遲時(shí)間比一個(gè)時(shí)間格間隔還小，沒(méi)有更小的刻度，說(shuō)明任務(wù)應(yīng)該立即執(zhí)行
if task.delay tw.interval {
threading.GoSafe(func() {
tw.execute(timer.item.key, timer.item.value)
})
return
}
// 如果 > interval，則通過(guò) 延遲時(shí)間delay 計(jì)算其出時(shí)間輪中的 new pos, circle
pos, circle := tw.getPositionAndCircle(task.delay)
if pos >= timer.pos {
timer.item.circle = circle
// 記錄前后的移動(dòng)offset。為了后面過(guò)程重新入隊(duì)
timer.item.diff = pos - timer.pos
} else if circle > 0 {
// 轉(zhuǎn)移到下一層，將 circle 轉(zhuǎn)換為 diff 一部分
circle--
timer.item.circle = circle
// 因?yàn)槭且粋€(gè)數(shù)組，要加上 numSlots [也就是相當(dāng)于要走到下一層]
timer.item.diff = tw.numSlots + pos - timer.pos
} else {
// 如果 offset 提前了，此時(shí) task 也還在第一層
// 標(biāo)記刪除老的 task，并重新入隊(duì)，等待被執(zhí)行
timer.item.removed = true
newItem := timingEntry{
baseEntry: task,
value: timer.item.value,
}
tw.slots[pos].PushBack(newItem)
tw.setTimerPosition(pos, newItem)
}
}
以上過(guò)程有以下幾種情況：
delay internal：因?yàn)? 單個(gè)時(shí)間精度，表示這個(gè)任務(wù)已經(jīng)過(guò)期，需要馬上執(zhí)行針對(duì)改變的 delay：new >= old：newPos, newCircle, diff>newCircle > 0：計(jì)算diff，并將 circle 轉(zhuǎn)換為 下一層，故diff + numslots如果只是單純延遲時(shí)間縮短，則將老的task標(biāo)記刪除，重新加入list，等待下一輪loop被execute
Execute
之前在初始化中，run() 中定時(shí)器的不斷推進(jìn)，推進(jìn)的過(guò)程主要就是把 list中的 task 傳給執(zhí)行的 execute func。我們從定時(shí)器的執(zhí)行開始看：
// 定時(shí)器 「每隔 internal 會(huì)執(zhí)行一次」
func (tw *TimingWheel) onTick() {
// 每次執(zhí)行更新一下當(dāng)前執(zhí)行 tick 位置
tw.tickedPos = (tw.tickedPos + 1) % tw.numSlots
// 獲取此時(shí) tick位置 中的存儲(chǔ)task的雙向鏈表
l := tw.slots[tw.tickedPos]
tw.scanAndRunTasks(l)
}
緊接著是如何去執(zhí)行 execute：
func (tw *TimingWheel) scanAndRunTasks(l *list.List) {
// 存儲(chǔ)目前需要執(zhí)行的task{key, value} [execute所需要的參數(shù)，依次傳遞給execute執(zhí)行]
var tasks []timingTask
for e := l.Front(); e != nil; {
task := e.Value.(*timingEntry)
// 標(biāo)記刪除，在 scan 中做真正的刪除 「刪除map的data」
if task.removed {
next := e.Next()
l.Remove(e)
tw.timers.Del(task.key)
e = next
continue
} else if task.circle > 0 {
// 當(dāng)前執(zhí)行點(diǎn)已經(jīng)過(guò)期，但是同時(shí)不在第一層，所以當(dāng)前層即然已經(jīng)完成了，就會(huì)降到下一層
// 但是并沒(méi)有修改 pos
task.circle--
e = e.Next()
continue
} else if task.diff > 0 {
// 因?yàn)橹耙呀?jīng)標(biāo)注了diff，需要再進(jìn)入隊(duì)列
next := e.Next()
l.Remove(e)
pos := (tw.tickedPos + task.diff) % tw.numSlots
tw.slots[pos].PushBack(task)
tw.setTimerPosition(pos, task)
task.diff = 0
e = next
continue
}
// 以上的情況都是不能執(zhí)行的情況，能夠執(zhí)行的會(huì)被加入tasks中
tasks = append(tasks, timingTask{
key: task.key,
value: task.value,
})
next := e.Next()
l.Remove(e)
tw.timers.Del(task.key)
e = next
}
// for range tasks，然后把每個(gè) task->execute 執(zhí)行即可
tw.runTasks(tasks)
}
具體的分支情況在注釋中說(shuō)明了，在看的時(shí)候可以和前面的 moveTask() 結(jié)合起來(lái)，其中 circle 下降，diff 的計(jì)算是關(guān)聯(lián)兩個(gè)函數(shù)的重點(diǎn)。
至于 diff 計(jì)算就涉及到 pos, circle 的計(jì)算：
// interval: 4min, d: 60min, numSlots: 16, tickedPos = 15
// step = 15, pos = 14, circle = 0
func (tw *TimingWheel) getPositionAndCircle(d time.Duration) (pos int, circle int) {
steps := int(d / tw.interval)
pos = (tw.tickedPos + steps) % tw.numSlots
circle = (steps - 1) / tw.numSlots
return
}
上面的過(guò)程可以簡(jiǎn)化成下面：
steps = d / interval
pos = step % numSlots - 1
circle = (step - 1) / numSlots
總結(jié)
timingWheel 靠定時(shí)器推動(dòng)，時(shí)間前進(jìn)的同時(shí)會(huì)取出當(dāng)前時(shí)間格中 list「雙向鏈表」的task，傳遞到 execute 中執(zhí)行。因?yàn)槭鞘强?internal 固定時(shí)間刻度推進(jìn)，可能就會(huì)出現(xiàn)：一個(gè) 60s 的task，internal = 1s，這樣就會(huì)空跑59次loop。
而在擴(kuò)展時(shí)間上，采取 circle 分層，這樣就可以不斷復(fù)用原有的 numSlots ，因?yàn)槎〞r(shí)器在不斷 loop，而執(zhí)行可以把上層的 slot 下降到下層，在不斷 loop 中就可以執(zhí)行到上層的task。這樣的設(shè)計(jì)可以在不創(chuàng)造額外的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，突破長(zhǎng)時(shí)間的限制。
同時(shí)在 go-zero 中還有很多實(shí)用的組件工具，用好工具對(duì)于提升服務(wù)性能和開發(fā)效率都有很大的幫助，希望本篇文章能給大家?guī)?lái)一些收獲。
項(xiàng)目地址
https://github.com/tal-tech/go-zero
好未來(lái)技術(shù)
到此這篇關(guān)于go-zero 如何應(yīng)對(duì)海量定時(shí)/延遲任務(wù)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)go-zero定時(shí)/延遲任務(wù)內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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