1.簡介

本文將介紹 Go 語言中的NewTimer，首先展示基于NewTimer創(chuàng)建的定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)超時(shí)控制。接著通過一系列問題的跟進(jìn)，展示了NewTimer的底層實(shí)現(xiàn)原理。

2.基本使用

我們首先通過一個(gè)簡單的例子，來展示是怎么基于NewTimer實(shí)現(xiàn)超時(shí)控制的。

假設(shè)有一個(gè)需求，要求在 5 秒鐘內(nèi)完成某個(gè)任務(wù)，否則就認(rèn)為任務(wù)失敗。這時(shí)我們就可以使用 NewTimer 來實(shí)現(xiàn)超時(shí)控制。具體的實(shí)現(xiàn)步驟如下：

• 首先，基于NewTimer創(chuàng)建一個(gè) Timer 對象，設(shè)定超時(shí)時(shí)間為 5 秒鐘。
• 然后，啟動(dòng)一個(gè) goroutine 來執(zhí)行任務(wù)，并在任務(wù)完成后向通道發(fā)送一個(gè)完成信號(hào)。
• 最后，使用 select 語句等待 Timer 的到期事件或任務(wù)完成信號(hào)，如果 Timer 先到期，就認(rèn)為任務(wù)超時(shí)了，否則就認(rèn)為任務(wù)完成了。

下面是一個(gè)簡單的實(shí)現(xiàn)代碼展示：

package main

import (
        "fmt"
        "time"
)

func main() {
        // 創(chuàng)建一個(gè)定時(shí)器，超時(shí)時(shí)間為 5 秒鐘
        timer := time.NewTimer(5 * time.Second)

        // 啟動(dòng)一個(gè) goroutine 執(zhí)行任務(wù)，并在任務(wù)完成后向通道發(fā)送一個(gè)完成信號(hào)
        done := make(chan bool, 1)
        go func() {
                // 模擬任務(wù)執(zhí)行耗時(shí)
                time.Sleep(2 * time.Second)
                done <- true
        }()

        // 等待任務(wù)完成或者超時(shí)
        select {
        case <-done:
                // 任務(wù)完成，輸出完成信息
                fmt.Println("Task finished.")
        case <-timer.C:
                // 超時(shí)，輸出超時(shí)信息
               fmt.Println("Task timed out.")
        }
}

在上述代碼中，我們首先使用NewTimer創(chuàng)建了一個(gè)time.Timer對象，超時(shí)時(shí)間為 5 秒鐘。然后啟動(dòng)一個(gè) goroutine 來執(zhí)行任務(wù)，并在任務(wù)完成后向通道 done 發(fā)送一個(gè)完成信號(hào)。最后使用 select 語句等待任務(wù)完成信號(hào)或者Timer的到期事件，如果Timer先到期，就認(rèn)為任務(wù)超時(shí)了，否則就認(rèn)為任務(wù)完成了。 在運(yùn)行上述代碼時(shí)，我們可以看到，在任務(wù)完成前 5 秒鐘內(nèi)，程序輸出如下信息：

Task finished.

如果將任務(wù)完成時(shí)間改為超過 5 秒鐘，程序?qū)?huì)在 5 秒鐘后超時(shí)，輸出如下信息：

Task timed out.

通過這個(gè)簡單的例子，我們可以看到，如果任務(wù)在指定超時(shí)時(shí)間內(nèi)完成，此時(shí)會(huì)執(zhí)行正常的業(yè)務(wù)邏輯；如果任務(wù)未在指定的超時(shí)時(shí)間內(nèi)完成，此時(shí)將走執(zhí)行超時(shí)邏輯。

通過上述程序演示，我們展示了如何使用NewTimer創(chuàng)建的 time.Timer 實(shí)現(xiàn)超時(shí)控制的基本方法。

3.實(shí)現(xiàn)原理

3.1 內(nèi)容分析

回顧上面的示例代碼，我們實(shí)現(xiàn)超時(shí)控制的主要機(jī)制，是通過select語句同時(shí)監(jiān)聽兩個(gè)channel，一個(gè)是任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)的channel,一個(gè)是定時(shí)器的channel。

當(dāng)任務(wù)執(zhí)行完成時(shí)，便通過channel對主協(xié)程進(jìn)行通知。當(dāng)定時(shí)器到達(dá)我們指定的時(shí)間，也就是超時(shí)時(shí)間，此時(shí)也通過定時(shí)器的channel進(jìn)行通知。

 同時(shí)監(jiān)聽這兩個(gè)channel,如果任務(wù)先執(zhí)行完成，此時(shí)將會(huì)走select語句中正常業(yè)務(wù)邏輯case的代碼，如果是在到達(dá)預(yù)定時(shí)間，任務(wù)仍沒有完成，此時(shí)通過定時(shí)器channel進(jìn)行通知，從而走超時(shí)業(yè)務(wù)邏輯case的代碼，從而實(shí)現(xiàn)超時(shí)控制。

因此，這里主要的問題是，是如何在到達(dá)超時(shí)時(shí)間時(shí)，準(zhǔn)時(shí)往定時(shí)器中的C對應(yīng)的channel發(fā)送送數(shù)據(jù)，從而來告知其他協(xié)程，已經(jīng)到達(dá)超時(shí)時(shí)間了呢，這個(gè)是如何做到的呢?

3.2 基本思路

下面先來看看NewTimer方法返回Timer結(jié)構(gòu)體的內(nèi)容，定義如下:

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

可以看到，Timer結(jié)構(gòu)體中C是一個(gè)chan Time類型的變量。在前面的代碼的例子中，select語句是監(jiān)聽Timer結(jié)構(gòu)體中的C變量，從中來讀取數(shù)據(jù)的。

那么，當(dāng)?shù)竭_(dá)超時(shí)時(shí)間時(shí)，Timer中C對應(yīng)的channel將會(huì)有數(shù)據(jù)到達(dá)，那么肯定有其他地方，在到達(dá)超時(shí)時(shí)間時(shí)，會(huì)往Timer中的C發(fā)送數(shù)據(jù)。

那么現(xiàn)在的主要問題，是怎么做到當(dāng)?shù)竭_(dá)指定時(shí)間時(shí)，往Timer中的C發(fā)送數(shù)據(jù)呢?

其實(shí)，在go語言中，存在這樣一個(gè)運(yùn)行時(shí)函數(shù)startTimer ，定義如下:

func startTimer(*runtimeTimer)

它的作用是啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器，當(dāng)定時(shí)器到期時(shí)，會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)并傳遞回調(diào)參數(shù)。在 startTimer 函數(shù)內(nèi)部，會(huì)使用系統(tǒng)調(diào)用來啟動(dòng)一個(gè)底層的操作系統(tǒng)定時(shí)器，等到定時(shí)器超時(shí)時(shí)，底層系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)觸發(fā)一個(gè)信號(hào)（例如 Unix 平臺(tái)上的 SIGALRM 信號(hào)），然后該信號(hào)將由 Go 運(yùn)行時(shí)內(nèi)部的信號(hào)處理函數(shù)捕獲，并最終調(diào)用相關(guān)的回調(diào)函數(shù)。

那么，這里我們似乎可以使用startTimer來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)?shù)竭_(dá)指定時(shí)間時(shí)，往channel發(fā)送數(shù)據(jù)，從而達(dá)到通知其他協(xié)程的效果。

3.3 實(shí)現(xiàn)步驟

首先，我們已經(jīng)知道，startTimer能夠啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器，當(dāng)定時(shí)器到期時(shí)，會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)并傳遞回調(diào)參數(shù)。而定時(shí)器的到期時(shí)間、回調(diào)函數(shù)以及回調(diào)函數(shù)的參數(shù)，則是通過runtimeTimer結(jié)構(gòu)體傳遞過去的。

下面我們只需要runtimeTimer字段的含義，然后根據(jù)其含義，正確設(shè)置runtimeTimer結(jié)構(gòu)體字段，調(diào)用startTimer方法啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器，就能夠?qū)崿F(xiàn)在指定時(shí)間時(shí)，執(zhí)行某段邏輯。下面我們來看看runtimeTime的定義:

type runtimeTimer struct {
   pp       uintptr
   when     int64
   period   int64
   f        func(any, uintptr) // NOTE: must not be closure
   arg      any
   seq      uintptr
   nextwhen int64
   status   uint32
}

下面對runtimeTimer中的字段進(jìn)行說明:

• when int64：表示定時(shí)器應(yīng)該在何時(shí)觸發(fā)。該值的單位是納秒
• period int64：表示定時(shí)器的重復(fù)周期。如果定時(shí)器不需要重復(fù)觸發(fā)，則該值為 0
• f func(any, uintptr)：指向定時(shí)器到期后需要執(zhí)行的函數(shù)。
• arg any：表示傳遞給定時(shí)器到期后執(zhí)行的函數(shù)的參數(shù)，將傳遞給f的第一個(gè)參數(shù)
• nextwhen int64：如果定時(shí)器是重復(fù)觸發(fā)的，則 nextwhen 表示下一次觸發(fā)的時(shí)間。
• seq uintptr：用于防止定時(shí)器被錯(cuò)誤的重置。當(dāng)定時(shí)器被重置時(shí)，seq 會(huì)被更新。

基于對上面字段含義的理解，此時(shí)我們定義一個(gè)runtimeTimer結(jié)構(gòu)體，然后調(diào)用startTimer，從而來實(shí)現(xiàn)能夠在指定的某個(gè)時(shí)間點(diǎn)，往某個(gè)channel發(fā)送數(shù)據(jù)。具體實(shí)現(xiàn)如下:

// 定義一個(gè)channel,用于發(fā)送數(shù)據(jù)
c := make(chan Time, 1)
r := runtimeTimer{
      // 指定超時(shí)時(shí)間戳
      when: when(d),
      // 指定回調(diào)函數(shù)
      f: func sendTime(c any, seq uintptr) {
               select {
               case c.(chan Time) <- Now():
               default:
              }
        },
      // 傳遞給回調(diào)函數(shù)的參數(shù)
      arg:  c,
   },
}
// 調(diào)用startTimer啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器
startTimer(&t.r)

首先會(huì)創(chuàng)建一個(gè)帶有緩沖的通道 c。

接著初始化runtimeTimer結(jié)構(gòu)體的值，設(shè)定好超時(shí)時(shí)間，回調(diào)函數(shù)以及參數(shù)。超時(shí)時(shí)間使用的是when函數(shù)來獲取計(jì)數(shù)器的結(jié)束時(shí)間。when 函數(shù)會(huì)根據(jù)給定的時(shí)間間隔 d，返回一個(gè)絕對時(shí)間點(diǎn)，即計(jì)時(shí)器結(jié)束時(shí)間。

f字段指定的回調(diào)函數(shù)，則是將當(dāng)前時(shí)間 Now() 發(fā)送到通道 c 中。當(dāng)?shù)竭_(dá)指定超時(shí)時(shí)間時(shí)，其將會(huì)調(diào)用回調(diào)函數(shù)f，同時(shí)將runtimeTimer結(jié)構(gòu)體中arg字段的值，作為參數(shù)傳遞到回調(diào)函數(shù)當(dāng)中。

然后調(diào)用startTimer啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器。當(dāng)?shù)竭_(dá)超時(shí)時(shí)間，將會(huì)調(diào)用回調(diào)函數(shù)，回調(diào)函數(shù)其會(huì)往一開始定義的channel發(fā)送數(shù)據(jù)。

至此，我們實(shí)現(xiàn)了最開始提到的，當(dāng)?shù)竭_(dá)指定時(shí)間時(shí)，往Timer中的C發(fā)送數(shù)據(jù)這個(gè)任務(wù)。

3.4 NewTimer的實(shí)現(xiàn)

回到我們的題目，NewTimer計(jì)時(shí)器的底層實(shí)現(xiàn)原理是什么？事實(shí)上，NewTimer創(chuàng)建的定時(shí)器，也確實(shí)是基于startTimer來實(shí)現(xiàn)的，下面我們來看看其實(shí)現(xiàn):

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
}

首先會(huì)創(chuàng)建一個(gè)帶有緩沖的通道 c。然后創(chuàng)建一個(gè) Timer 對象 t，將 c 通道賦值給 t 的 C 屬性。channel之后將作為回調(diào)函數(shù)的參數(shù)，同時(shí)也會(huì)作為Timer對象中C屬性的值。這樣子回調(diào)函數(shù)和Timer結(jié)構(gòu)體中C變量與回調(diào)函數(shù)的channel事實(shí)上是共用一個(gè)channel的。

而runtimeTimer結(jié)構(gòu)體中的回調(diào)函數(shù)sendTime的實(shí)現(xiàn)與之前講述的并無差異，都是將當(dāng)前時(shí)間 Now() 發(fā)送到通道中，這里將不再贅述。

而Timer結(jié)構(gòu)體中C變量與回調(diào)函數(shù)的channel事實(shí)上是共用一個(gè)channel的，當(dāng)?shù)竭_(dá)超時(shí)時(shí)間，則會(huì)執(zhí)行回調(diào)函數(shù)，往channel發(fā)送數(shù)據(jù)。而通過select語句對Timer中的channel進(jìn)行監(jiān)聽的協(xié)程，此時(shí)也正常接收到通知了。

4.總結(jié)

在這篇文章中，我們首先展示了使用NewTimer創(chuàng)建一個(gè)定時(shí)器，然后基于此實(shí)現(xiàn)超時(shí)控制。我們發(fā)現(xiàn)，比較重要的一個(gè)機(jī)制是，timer對象是在到達(dá)超時(shí)時(shí)間時(shí)，timer對象中C對應(yīng)的channel將會(huì)接收到數(shù)據(jù)。

timer對象在達(dá)到超時(shí)時(shí)間時(shí)，C屬性對應(yīng)的channel便能夠接收到數(shù)據(jù)，這個(gè)是怎么做到的呢? 我們基于此進(jìn)行了分析，事實(shí)上，首先是基于startTimer創(chuàng)建定時(shí)器，同時(shí)runtimeTimer結(jié)構(gòu)體指定了回調(diào)函數(shù),從而實(shí)現(xiàn)達(dá)到超時(shí)時(shí)間時(shí)，回調(diào)函數(shù)往C屬性對應(yīng)的channel發(fā)送數(shù)據(jù)。然后就能夠基于該特性，能夠?qū)崿F(xiàn)超時(shí)控制等機(jī)制。

到此這篇關(guān)于詳解Golang中NewTimer計(jì)時(shí)器的底層實(shí)現(xiàn)原理的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Golang NewTimer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！

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