golang 定時器相關的函數超硬核解析

一、前言

Golang 定時器包括：一次性定時器（Timer）和週期性定時器 (Ticker)。

編程中經常會通過 timer 和 ticker、AfterFunc。定時器 NewTicker 是設定每隔多長時間觸發的，是連續觸發，而計時器 NewTimer 是等待多長時間觸發的，只觸發一次，兩者是不同的。等待時間函數 AfterFunc 是在 After 基礎上加了一個回調函數，是等待時間到來後在另外一個 goroutine 協程裏調用。

1.1 定時器相關得函數

1、time.NewTicker()：創建一個 Ticker 類型的定時器。
2、time.Ticker.C：返回一個定時的通道，每隔一段時間發送一個時間值。
3、time.Ticker.Stop()：停止定時器。
4、time.NewTimer()：創建一個 Timer 類型的定時器。
5、time.Timer.C：返回一個通道，定時器到期後發送一個時間值。
6、time.Timer.Reset()：重新設置定時器到期時間。
7、time.Timer.Stop()：停止定時器。

二、詳細說明

2.1 Timer

2.1.1 說明

timer 創建有兩種方式，time.NewTimer(Duration) 和 time.After(Duration)。後者只是對前者的一個包裝。

timer 到固定時間後會執行一次，請注意是一次，而不是多次。但是可以通過 reset 來實現每隔固定時間段執行。使用 timer 定時器，超時後需要重置，才能繼續觸發。

2.1.2 Timer 案例

import (
  "fmt"
  "time"
)
func main() {
  myTimer := time.NewTimer(time.Second * 10) // 啓動定時器
  var i int = 0
  select {
  case <-myTimer.C:
    i++
    fmt.Println("count: ", i)
  }
}

2.1.3 Timer 數據結構

type Timer struct {
    C <-chan Time // 拋出來的channel，給上層系統使用，實現定時
    r runtimeTimer // 給系統管理使用的定時器，系統通過該字段確定定時器是否到時，如果到時，調用對應的函數向C中推送當前時間。
}

當 timer 過期後，當前時間將會被髮送到 C
timer 只能被 NewTimer 或者 AfterFunc 兩個函數創建

type runtimeTimer struct {
    pp       uintptr
    when     int64 //什麼時候觸發timer
    period   int64 //如果是週期性任務，執行週期性任務的時間間隔
    f        func(interface{}, uintptr) // NOTE: must not be closure//到時候執行的回調函數
    arg      interface{} //執行任務的參數
    seq      uintptr//回調函數的參數，該參數僅在 netpoll 的應用場景下使用。
    nextwhen int64//如果是週期性任務，下次執行任務時間
    status   uint32//timer 的狀態
}

那麼定時器是如何實現的呢？首先看一下定時器的構造：

//創建一個將會在Duration 時間後將那一刻的時間發生到C 的timer
func NewTimer(d Duration) *Timer {
   c := make(chan Time, 1)  //創建1個channel
   t := &Timer{ //創建一個timer
      C: c,
      r: runtimeTimer{
         when: when(d), //什麼時候執行
         f:    sendTime,  //到時候執行的回調函數
         arg:  c,//執行參數
      },
   }
   startTimer(&t.r) //開始timer
   return t
}

C 是一個帶 1 個容量的 chan，這樣做有什麼好處呢，原因是 chan 無緩衝發送數據就會阻塞，阻塞系統協程，這顯然是不行的。
回調函數設置爲 sendTime，執行參數爲 channel，sendTime 就是到點往 C 裏面發送當前時間的函數

//c interface{} 就是NewTimer 賦值的參數，就是channel
func sendTime(c interface{}, seq uintptr) {
    select {
    case c.(chan Time) <- Now(): //寫不進去的話，C 已滿，走default 分支
    default:
    }
}

sendTime 是不阻塞的，在 Timer 實現裏面是不會被阻塞的，因爲只寫一次數據。但是在 Ticker 裏面就會存在阻塞，因爲容量爲 1，ticker 會按時間間隔週期性的寫數據到 C，這時候如果沒有寫進去，這次寫事件就會丟棄。那麼是怎麼做到呢？
case c.(chan Time) <- Now() 的時候，如果 C 裏面的數據沒人取走，那麼 C 已滿，case 這條分支發送數據到 C 就會執行失敗而走下面的 default。相當於本次調用沒有任何操作。
官方註釋說：如果 reader 讀 C 數據慢於第二次向 C 寫數據，那麼丟掉這次數據是理想的行爲。

2.2 Ticker

2.2.1 說明

ticker 只要定義完成，從此刻開始計時，不需要任何其他的操作，每隔固定時間都會觸發。它會以一個間隔 (interval) 往通道發送當前時間，而通道的接收者可以以固定的時間間隔從通道中讀取時間。

2.2.2 案例說明

package main
import (
    "fmt"
    "time"
)
func main()  {
    t:=time.NewTicker(1*time.Second)
    defer t.Stop()
    for now:=range t.C{
        fmt.Println(now)
    }
}

週期性定時器到期了之後同樣是執行 sendTime 方法，這個上面已經描述過了。細心的你肯定注意到了，在 tickerDemo 中有一個 defer 去停止 ticker，爲什麼要這麼做呢？前面分析的時候講到，創建定時器就是把定時器的 runtimeTimer 放到由維護協程維護的堆中，一次性定時器到期後，會從堆中刪除，如果沒有到期則調用 Stop 方法實現刪除。但是，週期性定時器是不會執行刪除動作的，所以如果項目裏面持續創建多個週期性定時器並沒有 stop 的話，會導致堆越來越大，從而引起資源泄露。

經過代碼驗證：time.NewTicker 定時觸發執行任務，當下一次執行到來而當前任務還沒有執行結束時，會等待當前任務執行完畢後再執行下一次任務。

2.2.3 數據結構

type Ticker struct {
   C <-chan Time  //chan 定時到了以後，go 系統會忘裏面添加一個當前時間的數據
   r runtimeTimer 
}

創建一個 Ticker

func NewTicker(d Duration) *Ticker {
   if d <= 0 {
      panic(errors.New("non-positive interval for NewTicker"))
   }
  //這裏預留一個緩衝給timer 一樣，但是滿了以後沒人接收後面會丟掉事件
   c := make(chan Time, 1)
   t := &Ticker{
      C: c,
      r: runtimeTimer{
         when:   when(d),
         period: int64(d),
         f:      sendTime, //和ticker 的函數一樣
         arg:    c,
      },
   }
   startTimer(&t.r)
   return t
}

和 timer 創建方式一樣，只不過 period 爲 Duration，這樣底層在檢查時會根據這個字段判斷是不是週期性 timer，從而刪掉原來的 timer, 創建新的 timer

2.3 總結

2.3.1 特殊說明

上面的兩種計時器都會在底層創建一個 runtimeTimer，所以每一個版本中 runtimeTimer 的優化都十分重要

Go 1.9 版本之前，使用全局唯一的四叉堆維護
Go 1.10-1.13，全局使用 64 個四叉堆，每個處理器（P）對應一個四叉堆
Go 1.14 版本之後，每個處理器 P 直接管理一個四叉堆，通過網絡輪詢器觸發

2.3.2 四叉堆說明

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來源：https://mp.weixin.qq.com/s/nNnTAagRtWoRjplRTF-PXA

一、前言

二、詳細說明

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