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Go中使用單調(diào)時(shí)鐘獲得準(zhǔn)確的時(shí)間間隔問(wèn)題

更新時(shí)間：2022年06月02日 10:26:46 作者：幽鬼

這篇文章主要介紹了Go中使用單調(diào)時(shí)鐘獲得準(zhǔn)確的時(shí)間間隔,在go語(yǔ)言中，沒(méi)有直接調(diào)用時(shí)鐘的函數(shù)，可以通過(guò)?time.Now()?獲得帶單調(diào)時(shí)鐘的?Time?結(jié)構(gòu)體，并通過(guò)Since和Until獲得相對(duì)準(zhǔn)確的時(shí)間間隔，需要的朋友可以參考下

墻上時(shí)鐘與單調(diào)時(shí)鐘

墻上時(shí)鐘

墻上時(shí)鐘也稱(chēng)為墻上時(shí)間。大多是1970年1月1日（UTC）以來(lái)的秒數(shù)和毫秒數(shù)。

墻上時(shí)間可以和NTP（Network Time Protocal，網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議）同步，但是如果本地時(shí)鐘遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于NTP服務(wù)器，則強(qiáng)制重置之后會(huì)跳到先前某個(gè)時(shí)間點(diǎn)。（這里不是很確定，猜測(cè)是如果時(shí)間差的不多，則調(diào)整石英晶體振蕩器的頻率，慢慢一致。如果差很多，則強(qiáng)行一致）

單調(diào)時(shí)鐘

機(jī)器大多有自己的石英晶體振蕩器，并將其作為計(jì)時(shí)器。單調(diào)時(shí)鐘的絕對(duì)值沒(méi)有任何意義，根據(jù)操作系統(tǒng)和語(yǔ)言的不同，單調(diào)時(shí)鐘可能在程序開(kāi)始時(shí)設(shè)為0、或在計(jì)算機(jī)啟動(dòng)后設(shè)為0等等。但是通過(guò)比較同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上兩次單調(diào)時(shí)鐘的差，可以獲得相對(duì)準(zhǔn)確的時(shí)間間隔。

Time的結(jié)構(gòu)

type Time struct {
    // wall and ext encode the wall time seconds, wall time nanoseconds,
    // and optional monotonic clock reading in nanoseconds.
    //
    // From high to low bit position, wall encodes a 1-bit flag (hasMonotonic),
    // a 33-bit seconds field, and a 30-bit wall time nanoseconds field.
    // The nanoseconds field is in the range [0, 999999999].
    // If the hasMonotonic bit is 0, then the 33-bit field must be zero
    // and the full signed 64-bit wall seconds since Jan 1 year 1 is stored in ext.
    // If the hasMonotonic bit is 1, then the 33-bit field holds a 33-bit
    // unsigned wall seconds since Jan 1 year 1885, and ext holds a
    // signed 64-bit monotonic clock reading, nanoseconds since process start.
    wall uint64
    ext  int64
    ...
 }

wall和ext共同記錄了時(shí)間，但是分為兩種情況，一種是沒(méi)有記錄單調(diào)時(shí)鐘（比如是通過(guò)字符串解析得到的時(shí)間），另一種是記錄了單調(diào)時(shí)鐘（比如通過(guò)Now）。

wall的第一位是一個(gè)標(biāo)記位

如果為1，則表示記錄了單調(diào)時(shí)鐘。則wall的2-34（閉區(qū)間）位記錄了從1885-1-1到現(xiàn)在的秒數(shù)，最后30位記錄了納秒數(shù)。而ext記錄了從程序開(kāi)始運(yùn)行到現(xiàn)在經(jīng)過(guò)的單調(diào)時(shí)鐘數(shù)。

如果為0，則表示沒(méi)有記錄單調(diào)時(shí)鐘。則wall的2-34（閉區(qū)間）位全部為0（那最后30位是啥？）。而ext記錄了從1-1-1到現(xiàn)在經(jīng)過(guò)的秒數(shù)。

Since的實(shí)現(xiàn)

這里比較關(guān)鍵的代碼是第914行的 runtimeNano() - startNano 。 startNano 的含義還是直接上代碼比較明了。

var startNano = 0
 func init(){
     startNano = runtimeNano()
 }

runtimeNano() 是調(diào)用了匯編，獲取了操作系統(tǒng)當(dāng)前的單調(diào)時(shí)鐘。前面說(shuō)過(guò)，單調(diào)時(shí)鐘的絕對(duì)值沒(méi)有什么意義。因此這里將兩個(gè)時(shí)間相減，得到了從程序開(kāi)始到現(xiàn)在的單調(diào)時(shí)鐘。

然后看一下Sub

func (t Time) Sub(u Time) Duration {
    if t.wall&u.wall&hasMonotonic != 0 {
       te := t.ext
       ue := u.ext
       d := Duration(te - ue)
       if d < 0 && te > ue {
          return maxDuration // t - u is positive out of range
       }
       if d > 0 && te < ue {
          return minDuration // t - u is negative out of range
       }
       return d
    }
    d := Duration(t.sec()-u.sec())*Second + Duration(t.nsec()-u.nsec())
    // Check for overflow or underflow.
    switch {
    case u.Add(d).Equal(t):
       return d // d is correct
    case t.Before(u):
       return minDuration // t - u is negative out of range
    default:
       return maxDuration // t - u is positive out of range
    }
 }

這里我們只需要關(guān)注2-13行即可。除去了范圍檢查，這里的主要邏輯就是兩個(gè)Time的ext相減。而ext又都代表了單調(diào)時(shí)鐘，所以最后返回的是單調(diào)時(shí)鐘的差值。

小結(jié)

在分布式系統(tǒng)中，我們經(jīng)常需要判斷時(shí)間間隔來(lái)檢測(cè)心跳。而墻上時(shí)鐘與NTP的組合可能會(huì)帶來(lái)時(shí)間的前后跳躍與閃爍，所以使用單調(diào)時(shí)鐘更加安全和保險(xiǎn)。

在go語(yǔ)言中，沒(méi)有直接調(diào)用調(diào)用時(shí)鐘的函數(shù)?？梢酝ㄟ^(guò) time.Now() 獲得帶單調(diào)時(shí)鐘的 Time 結(jié)構(gòu)體，并通過(guò)Since和Until獲得相對(duì)準(zhǔn)確的時(shí)間間隔。