詳解Go語言的計時器
Go語言的標準庫里提供兩種類型的計時器Timer和Ticker。Timer經(jīng)過指定的duration時間后被觸發(fā)，往自己的時間channel發(fā)送當前時間，此后Timer不再計時。Ticker則是每隔duration時間都會把當前時間點發(fā)送給自己的時間channel，利用計時器的時間channel可以實現(xiàn)很多與計時相關的功能。
文章主要涉及如下內容：
Timer和Ticker計時器的內部結構表示Timer和Ticker的使用方法和注意事項- 如何正確
Reset定時器
計時器的內部表示
兩種計時器都是基于Go語言的運行時計時器runtime.timer實現(xiàn)的，rumtime.timer的結構體表示如下：
type timer struct {
pp puintptr
when int64
period int64
f func(interface{}, uintptr)
arg interface{}
seq uintptr
nextwhen int64
status uint32
}
rumtime.timer結構體中的字段含義是
- when — 當前計時器被喚醒的時間；
- period — 兩次被喚醒的間隔；
- f — 每當計時器被喚醒時都會調用的函數(shù)；
- arg — 計時器被喚醒時調用 f 傳入的參數(shù)；
- nextWhen — 計時器處于 timerModifiedLater/timerModifiedEairlier 狀態(tài)時，用于設置 when 字段；
- status — 計時器的狀態(tài)；
這里的 runtime.timer 只是私有的計時器運行時表示，對外暴露的計時器 time.Timer 和time.Ticker的結構體表示如下：
type Timer struct {
C <-chan Time
r runtimeTimer
}
type Ticker struct {
C <-chan Time
r runtimeTimer
}
Timer.C和Ticker.C就是計時器中的時間channel，接下來我們看一下怎么使用這兩種計時器，以及使用時要注意的地方。
Timer計時器
time.Timer 計時器必須通過 time.NewTimer、time.AfterFunc 或者 time.After 函數(shù)創(chuàng)建。 當計時器失效時，失效的時間就會被發(fā)送給計時器持有的 channel，訂閱 channel 的 goroutine 會收到計時器失效的時間。
通過定時器Timer用戶可以定義自己的超時邏輯，尤其是在應對使用select處理多個channel的超時、單channel讀寫的超時等情形時尤為方便。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，在到達超時時間后會在單獨的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行時計時器的f，而是作為包裝函數(shù)goFunc的參數(shù)傳入的。goFunc會啟動了一個新的goroutine來執(zhí)行外部傳入的函數(shù)f。這是因為所有計時器的事件函數(shù)都是由Go運行時內唯一的 goroutine timerproc運行的。為了不阻塞timerproc的執(zhí)行，必須啟動一個新的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在超時后，執(zhí)行一個標準庫中內置的函數(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將當前時間發(fā)送到Timer的時間channel中。那么這個動作不會阻塞timerproc的執(zhí)行么？答案是不會，原因是NewTimer創(chuàng)建的是一個帶緩沖的channel所以無論Timer.C這個channel有沒有接收方sendTime都可以非阻塞的將當前時間發(fā)送給Timer.C，而且sendTime中還加了雙保險：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方法可以阻止計時器觸發(fā)，調用Stop方法成功停止了計時器的觸發(fā)將會返回true，如果計時器已經(jīng)過期了或者已經(jīng)被Stop停止過了，再次調用Stop方法將會返回false。
Go運行時將所有計時器維護在一個最小堆Min Heap中，Stop一個計時器就是從堆中刪除該計時器。
Ticker計時器
Ticker可以周期性地觸發(fā)時間事件，每次到達指定的時間間隔后都會觸發(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生命周期里都使用time.Ticker的時間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；
所以使用time.Tick時一定要小心，為避免意外盡量使用time.NewTicker返回的Ticker替代。
NewTicker創(chuàng)建的計時器與NewTimer創(chuàng)建的計時器持有的時間channel一樣都是帶一個緩存的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)時間事件時都不會阻塞：
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計時器時要注意的問題
關于Reset的使用建議，文檔里的描述是：
重置計時器時必須注意不要與當前計時器到期發(fā)送時間到t.C的操作產(chǎn)生競爭。如果程序已經(jīng)從t.C接收到值，則計時器是已知的已過期，并且t.Reset可以直接使用。如果程序尚未從t.C接收值，計時器必須先被停止，并且-如果使用t.Stop時報告計時器已過期，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false值，循環(huán)結束后等待一秒再往通道里發(fā)送一個true值。在consumer goroutine里通過循環(huán)試圖從通道中讀取值，用計時器設置了最長等待時間為5秒，如果計時器超時了，輸出當前時間并進行下次循環(huán)嘗試，如果從通道中讀取出的不是期待的值（預期值是true)，則嘗試重新從通道中讀取并重置計時器。
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重置計時器也起作用了，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里和計時器還是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
}()
再次運行會發(fā)現(xiàn)程序發(fā)生了deadlock在第一次報告計時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在收到第一個數(shù)據(jù)前有了一次計時器過期的事件，for循環(huán)進行一下次循環(huán)。這時timer.Stop函數(shù)返回的不再是true，而是false，因為計時器已經(jīng)過期了，上面提到的維護著所有活躍計時器的最小堆中已經(jīng)不包含該計時器了。而此時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，我們應該直接Reset計時器，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
}
}
}()
運行修改后的程序，發(fā)現(xiàn)程序不會被阻塞住，能正常進行通道讀取，讀取到true值后會自行退出。輸出結果如下：
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
以上比較詳細地介紹了Go語言的計時器以及它們的使用方法和注意事項，總結一下有如下關鍵點：
- Timer和Ticker都是在運行時計時器runtime.timer的基礎上實現(xiàn)的。
- 運行時里的所有計時器的事件函數(shù)都由運行時內唯一的goroutine timerproc觸發(fā)。
- time.Tick創(chuàng)建的Ticker在運行時不會被gc回收，能不用就不用。
- Timer和Ticker的時間channel都是帶有一個緩沖的通道。
- time.After，time.NewTimer，time.NewTicker創(chuàng)建的計時器觸發(fā)時都會執(zhí)行sendTime。
- sendTime和計時器帶緩存的時間通道保證了計時器不會阻塞程序。
- Reset計時器時要注意drain channel和計時器過期存在競爭條件。
到此這篇關于Go語言的計時器的文章就介紹到這了,更多相關Go計時器內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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