Go中的定时器Timer

前言

• 在go1.14 版本中，首先把存放定时事件的四叉堆放到p结构中，使用netpoll的epoll wait来做就近时间的休眠等待。在每次runtime.schedule调度时都检查运行到期的定时器。

大概使用

有时候我们会在开发中会使用到time.NewTicker或者time.NewTimer进行定时或者延时的处理,两者的底层实现基本是一样的，我们可以先来看看Timer的大概使用方式

import (
    "fmt"
    "time"
)

func main() {
 timer := time.NewTimer(2 * time.Seconds)
 <-timer.C
 fmt.Println("延时2s打印")
}

Timer的底层实现

我们先关注一下time.NewTimer,他在time/sleep.go里面

大概过程就是创建一个Timer对象，调用startTimer启动timer

type Timer struct {
	C <-chan Time
	r runtimeTimer
}

type runtimeTimer struct {
	pp       uintptr
	when     int64 // 定时器被唤醒的时间
	period   int64 // 两次被唤醒的讲个
	f        func(interface{}, uintptr) // 被唤醒之后调用的函数
	arg      interface{}
	seq      uintptr
	nextwhen int64
	status   uint32
}
// 当定时器失效时，失效的时间就会被发送给当前定时器持有的 Channel C，订阅管道中消息的 Goroutine 就会收到当前定时器失效的时间。

• 另一个用于创建 Timer 的方法 AfterFunc 其实也提供了非常相似的结构，与 NewTimer 方法不同的是该方法没有创建一个用于通知触发时间的 Channel，它只会在定时器到期时调用传入的方法

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

startTimer

通过link做方法映射，time/sleep.go里调用的time.startTimer其实是runtime包里的。

func startTimer(t *timer) {
    addtimer(t)
}

addtimer

// 把定时任务放到当前g关联的P里。
func addtimer(t *timer) {
    if t.when < 0 {
        t.when = maxWhen
    }
    t.status = timerWaiting  // 状态为等待中

    addInitializedTimer(t)
}

// ------------------
// 加锁来清理任务，并且增加定时任务，最后根据时间就近来唤醒netpoll
func addInitializedTimer(t *timer) {
    when := t.when

    pp := getg().m.p.ptr()
    lock(&pp.timersLock)
    ok := cleantimers(pp) && doaddtimer(pp, t)
    //cleantimers(pp）就是删除第一个定时任务，其实ticker其实就是在回调函数中再把这个任务塞回去。
    unlock(&pp.timersLock)
    if !ok {
        badTimer()
    }

    wakeNetPoller(when)
}

//////////////////////////////////////
//当新添加的定时任务when小于netpoll等待的时间，那么wakeNetPoller会激活NetPoll的等待。
// 激活的方法很简单，在findrunnable里的最后会使用超时阻塞的方法调用epollwait，这样既可监控了epfd红黑树上的fd，又可兼顾最近的定时任务的等待。
// 唤醒正在netpoll休眠的线程，前提是when的值小于pollUntil时间。
func wakeNetPoller(when int64) {
    if atomic.Load64(&sched.lastpoll) == 0 {
        pollerPollUntil := int64(atomic.Load64(&sched.pollUntil))
        if pollerPollUntil == 0 || pollerPollUntil > when {
            netpollBreak()
        }
    }
}

sleep 的实现

我们通常使用 time.Sleep(1 * time.Second)来将goroutine暂时休眠一段时间。sleep 操作在底层实现也是基于timer 实现的。代码在runtime/time.go

• 如果完全用定时器来代替Sleep的话会损耗性能

timer := time.NewTimer(2 * time.Seconds)
<-timer.C

1. 每次调用 sleep 的时候，都要创建一个 timer 对象。
2. 需要一个 channel 来传递事件。

所以go用另一种方式来做：

• 每个goroutine底层的 G 对象上，都有一个 timer 属性，这是个 runtimeTimer 对象，专门给 sleep使用。当第一次调用 sleep的时候，会创建这个 runtimeTimer，之后 sleep的时候会一直复用这个timer对象。
• 调用 sleep时候，触发timer后，直接调用gopark，将当前 goroutine挂起。
• 调用 callback的时候,直接调 goready 唤醒被挂起的 goroutine。