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詳解Go語言的計(jì)時(shí)器

Go語言的標(biāo)準(zhǔn)庫里提供兩種類型的計(jì)時(shí)器Timer和Ticker。Timer經(jīng)過指定的duration時(shí)間后被觸發(fā)，往自己的時(shí)間channel發(fā)送當(dāng)前時(shí)間，此后Timer不再計(jì)時(shí)。Ticker則是每隔duration時(shí)間都會把當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)發(fā)送給自己的時(shí)間channel，利用計(jì)時(shí)器的時(shí)間channel可以實(shí)現(xiàn)很多與計(jì)時(shí)相關(guān)的功能。

文章主要涉及如下內(nèi)容：

Timer和Ticker計(jì)時(shí)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)表示
Timer和Ticker的使用方法和注意事項(xiàng)
如何正確Reset定時(shí)器

計(jì)時(shí)器的內(nèi)部表示

兩種計(jì)時(shí)器都是基于Go語言的運(yùn)行時(shí)計(jì)時(shí)器runtime.timer實(shí)現(xiàn)的，rumtime.timer的結(jié)構(gòu)體表示如下：

type timer struct {
 pp puintptr

 when int64
 period int64
 f func(interface{}, uintptr)
 arg interface{}
 seq uintptr
 nextwhen int64
 status uint32
}

rumtime.timer結(jié)構(gòu)體中的字段含義是

when — 當(dāng)前計(jì)時(shí)器被喚醒的時(shí)間；
period — 兩次被喚醒的間隔；
f — 每當(dāng)計(jì)時(shí)器被喚醒時(shí)都會調(diào)用的函數(shù)；
arg — 計(jì)時(shí)器被喚醒時(shí)調(diào)用 f 傳入的參數(shù)；
nextWhen — 計(jì)時(shí)器處于 timerModifiedLater/timerModifiedEairlier 狀態(tài)時(shí)，用于設(shè)置 when 字段；
status — 計(jì)時(shí)器的狀態(tài)；

這里的 runtime.timer 只是私有的計(jì)時(shí)器運(yùn)行時(shí)表示，對外暴露的計(jì)時(shí)器 time.Timer 和time.Ticker的結(jié)構(gòu)體表示如下：

type Timer struct {
 C -chan Time
 r runtimeTimer
}

type Ticker struct {
 C -chan Time 
 r runtimeTimer
}

Timer.C和Ticker.C就是計(jì)時(shí)器中的時(shí)間channel，接下來我們看一下怎么使用這兩種計(jì)時(shí)器，以及使用時(shí)要注意的地方。

Timer計(jì)時(shí)器

time.Timer 計(jì)時(shí)器必須通過 time.NewTimer、time.AfterFunc 或者 time.After 函數(shù)創(chuàng)建。當(dāng)計(jì)時(shí)器失效時(shí)，失效的時(shí)間就會被發(fā)送給計(jì)時(shí)器持有的 channel，訂閱 channel 的 goroutine 會收到計(jì)時(shí)器失效的時(shí)間。

通過定時(shí)器Timer用戶可以定義自己的超時(shí)邏輯，尤其是在應(yīng)對使用select處理多個(gè)channel的超時(shí)、單channel讀寫的超時(shí)等情形時(shí)尤為方便。Timer常見的使用方法如下：

//使用time.AfterFunc：
t := time.AfterFunc(d, f)
//使用time.After：
select {
 case m := -c:
 handle(m)
 case -time.After(5 * time.Minute):
 fmt.Println("timed out")
}
// 使用time.NewTimer:
t := time.NewTimer(5 * time.Minute)
select {
 case m := -c:
 handle(m)
 case -t.C:
 fmt.Println("timed out")
}

time.AfterFunc這種方式創(chuàng)建的Timer，在到達(dá)超時(shí)時(shí)間后會在單獨(dú)的goroutine里執(zhí)行函數(shù)f。

func AfterFunc(d Duration, f func()) *Timer {
 t := Timer{
 r: runtimeTimer{
  when: when(d),
  f: goFunc,
  arg: f,
 },
 }
 startTimer(t.r)
 return t
}
func goFunc(arg interface{}, seq uintptr) {
 go arg.(func())()
}

從上面AfterFunc的源碼可以看到外面?zhèn)魅氲膄參數(shù)并非直接賦值給了運(yùn)行時(shí)計(jì)時(shí)器的f，而是作為包裝函數(shù)goFunc的參數(shù)傳入的。goFunc會啟動了一個(gè)新的goroutine來執(zhí)行外部傳入的函數(shù)f。這是因?yàn)樗杏?jì)時(shí)器的事件函數(shù)都是由Go運(yùn)行時(shí)內(nèi)唯一的 goroutine timerproc運(yùn)行的。為了不阻塞timerproc的執(zhí)行，必須啟動一個(gè)新的goroutine執(zhí)行到期的事件函數(shù)。

對于NewTimer和After這兩種創(chuàng)建方法，則是Timer在超時(shí)后，執(zhí)行一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)庫中內(nèi)置的函數(shù)：sendTime。

func NewTimer(d Duration) *Timer {
 c := make(chan Time, 1)
 t := Timer{
 C: c,
 r: runtimeTimer{
  when: when(d),
  f: sendTime,
  arg: c,
 },
 }
 startTimer(t.r)
 return t
}

func sendTime(c interface{}, seq uintptr) {
 select {
 case c.(chan Time) - Now():
 default:
 }
}

sendTime將當(dāng)前時(shí)間發(fā)送到Timer的時(shí)間channel中。那么這個(gè)動作不會阻塞timerproc的執(zhí)行么？答案是不會，原因是NewTimer創(chuàng)建的是一個(gè)帶緩沖的channel所以無論Timer.C這個(gè)channel有沒有接收方sendTime都可以非阻塞的將當(dāng)前時(shí)間發(fā)送給Timer.C，而且sendTime中還加了雙保險(xiǎn)：通過select判斷Timer.C的Buffer是否已滿，一旦滿了，會直接退出，依然不會阻塞。

Timer的Stop方法可以阻止計(jì)時(shí)器觸發(fā)，調(diào)用Stop方法成功停止了計(jì)時(shí)器的觸發(fā)將會返回true，如果計(jì)時(shí)器已經(jīng)過期了或者已經(jīng)被Stop停止過了，再次調(diào)用Stop方法將會返回false。

Go運(yùn)行時(shí)將所有計(jì)時(shí)器維護(hù)在一個(gè)最小堆Min Heap中，Stop一個(gè)計(jì)時(shí)器就是從堆中刪除該計(jì)時(shí)器。

Ticker計(jì)時(shí)器

Ticker可以周期性地觸發(fā)時(shí)間事件，每次到達(dá)指定的時(shí)間間隔后都會觸發(fā)事件。

time.Ticker需要通過time.NewTicker或者time.Tick創(chuàng)建。

// 使用time.Tick:
go func() {
 for t := range time.Tick(time.Minute) {
 fmt.Println("Tick at", t)
 }
}()
// 使用time.Ticker
var ticker *time.Ticker = time.NewTicker(1 * time.Second)
go func() {
 for t := range ticker.C {
 fmt.Println("Tick at", t)
 }
}()
time.Sleep(time.Second * 5)
ticker.Stop() 
fmt.Println("Ticker stopped")

不過time.Tick很少會被用到，除非你想在程序的整個(gè)生命周期里都使用time.Ticker的時(shí)間channel。官文文檔里對time.Tick的描述是：

time.Tick底層的Ticker不能被垃圾收集器恢復(fù)；

所以使用time.Tick時(shí)一定要小心，為避免意外盡量使用time.NewTicker返回的Ticker替代。

NewTicker創(chuàng)建的計(jì)時(shí)器與NewTimer創(chuàng)建的計(jì)時(shí)器持有的時(shí)間channel一樣都是帶一個(gè)緩存的channel，每次觸發(fā)后執(zhí)行的函數(shù)也是sendTime，這樣即保證了無論有誤接收方Ticker觸發(fā)時(shí)間事件時(shí)都不會阻塞：

func NewTicker(d Duration) *Ticker {
 if d = 0 {
 panic(errors.New("non-positive interval for NewTicker"))
 }
 // Give the channel a 1-element time buffer.
 // If the client falls behind while reading, we drop ticks
 // on the floor until the client catches up.
 c := make(chan Time, 1)
 t := Ticker{
 C: c,
 r: runtimeTimer{
  when: when(d),
  period: int64(d),
  f: sendTime,
  arg: c,
 },
 }
 startTimer(t.r)
 return t
}

Reset計(jì)時(shí)器時(shí)要注意的問題

關(guān)于Reset的使用建議，文檔里的描述是：

重置計(jì)時(shí)器時(shí)必須注意不要與當(dāng)前計(jì)時(shí)器到期發(fā)送時(shí)間到t.C的操作產(chǎn)生競爭。如果程序已經(jīng)從t.C接收到值，則計(jì)時(shí)器是已知的已過期，并且t.Reset可以直接使用。如果程序尚未從t.C接收值，計(jì)時(shí)器必須先被停止，并且-如果使用t.Stop時(shí)報(bào)告計(jì)時(shí)器已過期，那么請排空其通道中值。

例如：

if !t.Stop() {
 -t.C
}
t.Reset(d)

下面的例子里producer goroutine里每一秒向通道中發(fā)送一個(gè)false值，循環(huán)結(jié)束后等待一秒再往通道里發(fā)送一個(gè)true值。在consumer goroutine里通過循環(huán)試圖從通道中讀取值，用計(jì)時(shí)器設(shè)置了最長等待時(shí)間為5秒，如果計(jì)時(shí)器超時(shí)了，輸出當(dāng)前時(shí)間并進(jìn)行下次循環(huán)嘗試，如果從通道中讀取出的不是期待的值（預(yù)期值是true)，則嘗試重新從通道中讀取并重置計(jì)時(shí)器。

func main() {
 c := make(chan bool)

 go func() {
 for i := 0; i  5; i++ {
  time.Sleep(time.Second * 1)
  c - false
 }

 time.Sleep(time.Second * 1)
 c - true
 }()

 go func() {
 // try to read from channel, block at most 5s.
 // if timeout, print time event and go on loop.
 // if read a message which is not the type we want(we want true, not false),
 // retry to read.
 timer := time.NewTimer(time.Second * 5)
 for {
  // timer is active , not fired, stop always returns true, no problems occurs.
  if !timer.Stop() {
  -timer.C
  }
  timer.Reset(time.Second * 5)
  select {
  case b := -c:
  if b == false {
   fmt.Println(time.Now(), ":recv false. continue")
   continue
  }
  //we want true, not false
  fmt.Println(time.Now(), ":recv true. return")
  return
  case -timer.C:
  fmt.Println(time.Now(), ":timer expired")
  continue
  }
 }
 }()

 //to avoid that all goroutine blocks.
 var s string
 fmt.Scanln(s)
}

程序的輸出如下：

2020-05-13 12:49:48.90292 +0800 CST m=+1.004554120 :recv false. continue
2020-05-13 12:49:49.906087 +0800 CST m=+2.007748042 :recv false. continue
2020-05-13 12:49:50.910208 +0800 CST m=+3.011892138 :recv false. continue
2020-05-13 12:49:51.914291 +0800 CST m=+4.015997373 :recv false. continue
2020-05-13 12:49:52.916762 +0800 CST m=+5.018489240 :recv false. continue
2020-05-13 12:49:53.920384 +0800 CST m=+6.022129708 :recv true. return

目前來看沒什么問題，使用Reset重置計(jì)時(shí)器也起作用了，接下來我們對producer goroutin做一些更改，我們把producer goroutine里每秒發(fā)送值的邏輯改成每6秒發(fā)送值，而consumer gouroutine里和計(jì)時(shí)器還是5秒就到期。

 // producer
 go func() {
 for i := 0; i  5; i++ {
  time.Sleep(time.Second * 6)
  c - false
 }

 time.Sleep(time.Second * 6)
 c - true
 }()

再次運(yùn)行會發(fā)現(xiàn)程序發(fā)生了deadlock在第一次報(bào)告計(jì)時(shí)器過期后直接阻塞住了：

2020-05-13 13:09:11.166976 +0800 CST m=+5.005266022 :timer expired

那程序是在哪阻塞住的呢？對就是在抽干timer.C通道時(shí)阻塞住了（英文叫做drain channel比喻成流干管道里的水，在程序里就是讓timer.C管道中不再存在未接收的值)。

if !timer.Stop() {
 -timer.C
}
timer.Reset(time.Second * 5)

producer goroutine的發(fā)送行為發(fā)生了變化，comsumer goroutine在收到第一個(gè)數(shù)據(jù)前有了一次計(jì)時(shí)器過期的事件，for循環(huán)進(jìn)行一下次循環(huán)。這時(shí)timer.Stop函數(shù)返回的不再是true，而是false，因?yàn)橛?jì)時(shí)器已經(jīng)過期了，上面提到的維護(hù)著所有活躍計(jì)時(shí)器的最小堆中已經(jīng)不包含該計(jì)時(shí)器了。而此時(shí)timer.C中并沒有數(shù)據(jù)，接下來用于drain channel的代碼會將consumer goroutine阻塞住。

這種情況，我們應(yīng)該直接Reset計(jì)時(shí)器，而不用顯式drain channel。如何將這兩種情形合二為一呢？我們可以利用一個(gè)select來包裹drain channel的操作，這樣無論channel中是否有數(shù)據(jù)，drain都不會阻塞住。

//consumer
 go func() {
 // try to read from channel, block at most 5s.
 // if timeout, print time event and go on loop.
 // if read a message which is not the type we want(we want true, not false),
 // retry to read.
 timer := time.NewTimer(time.Second * 5)
 for {
  // timer may be not active, and fired
  if !timer.Stop() {
  select {
  case -timer.C: //try to drain from the channel
  default:
  }
  }
  timer.Reset(time.Second * 5)
  select {
  case b := -c:
  if b == false {
   fmt.Println(time.Now(), ":recv false. continue")
   continue
  }
  //we want true, not false
  fmt.Println(time.Now(), ":recv true. return")
  return
  case -timer.C:
  fmt.Println(time.Now(), ":timer expired")
  continue
  }
 }
 }()

運(yùn)行修改后的程序，發(fā)現(xiàn)程序不會被阻塞住，能正常進(jìn)行通道讀取，讀取到true值后會自行退出。輸出結(jié)果如下：

2020-05-13 13:25:08.412679 +0800 CST m=+5.005475546 :timer expired
2020-05-13 13:25:09.409249 +0800 CST m=+6.002037341 :recv false. continue
2020-05-13 13:25:14.412282 +0800 CST m=+11.005029547 :timer expired
2020-05-13 13:25:15.414482 +0800 CST m=+12.007221569 :recv false. continue
2020-05-13 13:25:20.416826 +0800 CST m=+17.009524859 :timer expired
2020-05-13 13:25:21.418555 +0800 CST m=+18.011245687 :recv false. continue
2020-05-13 13:25:26.42388 +0800 CST m=+23.016530193 :timer expired
2020-05-13 13:25:27.42294 +0800 CST m=+24.015582511 :recv false. continue
2020-05-13 13:25:32.425666 +0800 CST m=+29.018267054 :timer expired
2020-05-13 13:25:33.428189 +0800 CST m=+30.020782483 :recv false. continue
2020-05-13 13:25:38.432428 +0800 CST m=+35.024980796 :timer expired
2020-05-13 13:25:39.428343 +0800 CST m=+36.020887629 :recv true. return

總結(jié)

以上比較詳細(xì)地介紹了Go語言的計(jì)時(shí)器以及它們的使用方法和注意事項(xiàng)，總結(jié)一下有如下關(guān)鍵點(diǎn)：

Timer和Ticker都是在運(yùn)行時(shí)計(jì)時(shí)器runtime.timer的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。
運(yùn)行時(shí)里的所有計(jì)時(shí)器的事件函數(shù)都由運(yùn)行時(shí)內(nèi)唯一的goroutine timerproc觸發(fā)。
time.Tick創(chuàng)建的Ticker在運(yùn)行時(shí)不會被gc回收，能不用就不用。
Timer和Ticker的時(shí)間channel都是帶有一個(gè)緩沖的通道。
time.After，time.NewTimer，time.NewTicker創(chuàng)建的計(jì)時(shí)器觸發(fā)時(shí)都會執(zhí)行sendTime。
sendTime和計(jì)時(shí)器帶緩存的時(shí)間通道保證了計(jì)時(shí)器不會阻塞程序。
Reset計(jì)時(shí)器時(shí)要注意drain channel和計(jì)時(shí)器過期存在競爭條件。

到此這篇關(guān)于Go語言的計(jì)時(shí)器的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Go計(jì)時(shí)器內(nèi)容請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！

標(biāo)簽：湘潭黃山崇左仙桃湖南衡水銅川蘭州

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