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go語言更高精度的Sleep實例解析

 更新時間:2023年12月20日 10:25:56   作者:晁岳攀(鳥窩)?鳥窩聊技術(shù)  
這篇文章主要為大家介紹了go語言更高精度的Sleep實例解析,有需要的朋友可以借鑒參考下,希望能夠有所幫助,祝大家多多進步,早日升職加薪

引言

書接上回,寫了一篇《這個限流庫兩個大 bug 存在了半年之久,沒人發(fā)現(xiàn)?》,提到了 Go 語言中的time.Sleep函數(shù)的問題。有網(wǎng)友也私下和我探討,提到這個可能屬于系統(tǒng)的問題,因為現(xiàn)代的操作系統(tǒng)都是分時操作系統(tǒng),每個線程可能會分配一個或者多個時間片,Windows 默認線程時間精度在 15 毫秒,Linux 在 1 毫秒,所以time.Sleep的精度不可能那么高。

嗯,理論上這可以解釋time.Sleep的行為,但是沒有辦法解釋網(wǎng)友提出的在go 1.16之前的版本中,time.Sleep的精度更高,而go 1.16之后的版本中,time.Sleep的精度更低的問題。

time.Sleep精度更低的問題

這個問題在 Go 的 bug 系統(tǒng)中有很多,不只是單單上篇文章介紹的#44343, 比如#29485、#61456、#44476、#44608、#61042。這些 bug 中 Ian Lance Taylor 的有些評論很有價值,對于了解 Go 運行時的 Sleep 很有幫助。但是閱覽了這么多的 bug,沒有人給出為啥go 1.16之后的版本中,time.Sleep的精度更低的解釋,到底發(fā)生了啥?或許和 Timer 調(diào)度的變化有關(guān)。

Linux 和 Windows 提供了更高精度的 Sleep, Go 開發(fā)者也在嘗試解決 Windows 中過長的問題。

為了把這個問題說明白,我們舉一個典型的例子,這里我使用了loov/hrtime[1],它能提供更高精度的時間和 benchmark 方法??吹阶髡叩拿治矣X得眼熟,果然,作者的一個項目 lensm 也非常有名。

 intervals := []time.Duration{time.Nanosecond, time.Millisecond, 50 * time.Millisecond}
 for _, interval := range intervals {
  fmt.Printf("sleep %v\n", interval)
  b := hrtime.NewBenchmark(100)
  for b.Next() {
   time.Sleep(interval)
  }
  fmt.Println(b.Histogram(10))
 }

休眠

我們嘗試使用time.Sleep休眠 1 納秒、1 微秒和 50 微秒,可以看到實際休眠的時間基本在380ns、1ms、50ms。我是在騰訊云上的一臺 Linux 輕量級服務(wù)器上測試的,可以看到time.Sleep休眠 1 毫秒以上還是和實際差不太多的,但是休眠 1 納秒是不太可能的,這也符合我們的預(yù)期,只是實際休眠的時間是 380 納秒還是挺長的。

ubuntu@lab:~/workplace/timer$ go run main.go
sleep 1ns
  avg 726ns;  min 380ns;  p50 476ns;  max 22.4µs;
  p90 670ns;  p99 22.4µs;  p999 22.4µs;  p9999 22.4µs;
      380ns [ 99] ████████████████████████████████████████
        5µs [  0]
       10µs [  0]
       15µs [  0]
       20µs [  1]
       25µs [  0]
       30µs [  0]
       35µs [  0]
       40µs [  0]
       45µs [  0]
sleep 1ms
  avg 1.06ms;  min 1.02ms;  p50 1.06ms;  max 1.09ms;
  p90 1.07ms;  p99 1.09ms;  p999 1.09ms;  p9999 1.09ms;
     1.02ms [  2] █▌
     1.03ms [  6] █████
     1.04ms [  0]
     1.05ms [  1] ▌
     1.06ms [ 48] ████████████████████████████████████████
     1.07ms [ 39] ████████████████████████████████
     1.08ms [  3] ██
     1.09ms [  1] ▌
      1.1ms [  0]
     1.11ms [  0]
sleep 50ms
  avg 50.1ms;  min 50.1ms;  p50 50.1ms;  max 50.1ms;
  p90 50.1ms;  p99 50.1ms;  p999 50.1ms;  p9999 50.1ms;
     50.1ms [  2] ██
     50.1ms [  0]
     50.1ms [  0]
     50.1ms [  1] █
     50.1ms [ 13] ███████████████
     50.1ms [ 34] ████████████████████████████████████████
     50.1ms [ 31] ████████████████████████████████████
     50.2ms [ 15] █████████████████▌
     50.2ms [  2] ██
     50.2ms [  2] ██

其實 Linux 提供了一個更高精度的系統(tǒng)調(diào)用nanosleep,可以提供納秒級別的休眠,它是一個阻塞的系統(tǒng)調(diào)用,會阻塞當(dāng)前線程,直到睡眠結(jié)束或被中斷。

nanosleep系統(tǒng)調(diào)用和標準庫的time.Sleep的主要區(qū)別

  • 阻塞方式不同:

    • nanosleep 會阻塞當(dāng)前線程,直到睡眠結(jié)束或被中斷

    • time.Sleep 會阻塞當(dāng)前 goroutine

  • 精度不同:

    • nanosleep 可以精確到納秒

    • time.Sleep 最高只能精確到毫秒

  • 中斷處理不同:

    • nanosleep 可以通過信號中斷并立即返回

    • time.Sleep 不可以中斷,只能等待睡眠期滿

  • 用途不同:

    • nanosleep 主要用于需要精確睡眠時間的低級控制

    • time.Sleep 更適合高級邏輯控制,不需要精確睡眠時間

nanosleep替換time.Sleep

我們使用上面的測試代碼,使用nanosleep替換time.Sleep,看看效果:

 for _, interval := range intervals {
  fmt.Printf("nanosleep %v\n", interval)
  req := syscall.NsecToTimespec(int64(interval))
  b := hrtime.NewBenchmark(100)
  for b.Next() {
   syscall.Nanosleep(&req, nil)
  }
  fmt.Println(b.Histogram(10))
 }

運行這段代碼可以得到結(jié)果:

nanosleep 1ns
  avg 60.4µs;  min 58.7µs;  p50 60.2µs;  max 77.5µs;
  p90 61.2µs;  p99 77.5µs;  p999 77.5µs;  p9999 77.5µs;
     58.8µs [ 33] █████████████████████▌
       60µs [ 61] ████████████████████████████████████████
       62µs [  1] ▌
       64µs [  3] █▌
       66µs [  0]
       68µs [  0]
       70µs [  1] ▌
       72µs [  0]
       74µs [  0]
       76µs [  1] ▌

nanosleep 1ms
  avg 1.06ms;  min 1.03ms;  p50 1.06ms;  max 1.07ms;
  p90 1.06ms;  p99 1.07ms;  p999 1.07ms;  p9999 1.07ms;
     1.04ms [  1]
     1.04ms [  0]
     1.05ms [  0]
     1.05ms [  0]
     1.06ms [  0]
     1.06ms [  5] ██
     1.07ms [ 92] ████████████████████████████████████████
     1.07ms [  1]
     1.08ms [  1]
     1.08ms [  0]

nanosleep 50ms
  avg 50ms;  min 50ms;  p50 50ms;  max 50ms;
  p90 50ms;  p99 50ms;  p999 50ms;  p9999 50ms;
     50.1ms [  3] ███▌
     50.1ms [  5] ██████
     50.1ms [ 26] █████████████████████████████████▌
     50.1ms [ 31] ████████████████████████████████████████
     50.1ms [ 18] ███████████████████████
     50.1ms [ 16] ████████████████████▌
     50.1ms [  1] █
     50.1ms [  0]
     50.1ms [  0]
     50.1ms [  0]

可以看到在程序休眠 1 納秒時, nanosleep 實際休眠 60 納秒,相比于tome.Sleep的 380 納秒,精度提高了很多。但是在休眠 1 毫秒和 50 毫秒時,nanosleep 和 time.Sleep 的精度差不多,都是 1 毫秒和 50 毫秒。

既然 nanosleep 可以提高精度,那么我們能不能以后就使用這個系統(tǒng)調(diào)用來代替time.Sleep呢?答案是視情況而定,你需要注意nanosleep是一個阻塞的系統(tǒng)調(diào)用,Go 程序在調(diào)用它時,會將當(dāng)前線程阻塞,直到休眠結(jié)束或者被中斷,它會額外占用一個線程。如果你的程序中有很多的 goroutine,那么你的程序可能會因為阻塞而導(dǎo)致性能下降。所以你需要權(quán)衡一下,如果你的程序中有很多的 goroutine,而且你的程序中的 goroutine 需要休眠,那么你可以考慮使用time.Sleep,如果你的程序中的 goroutine 不多,而且你的程序中的 goroutine 需要精確的休眠時間,那么你可以考慮使用nanosleep

而且,當(dāng)前 Go 并不會將nanosleep占用的線程主動釋放,而且放在池中備用,在并發(fā)nanosleep調(diào)用的時候,可能會導(dǎo)致線程數(shù)暴增,下面的代碼演示了這個情況:

func Threads() {
 var threadProfile = pprof.Lookup("threadcreate")
 fmt.Printf(("threads in starting: %d\n"), threadProfile.Count())
 var sleepTime time.Duration = time.Hour
 req := syscall.NsecToTimespec(int64(sleepTime))
 for i := 0; i < 100; i++ {
  go func() {
   syscall.Nanosleep(&req, nil)
  }()
 }
 time.Sleep(10 * time.Second)
 fmt.Printf(("threads in nanosleep: %d\n"), threadProfile.Count())
}

在我的輕量級服務(wù)器上,顯示結(jié)果如下:

threads in starting: 4
threads in nanosleep: 103

nanosleep并發(fā)運行的時候,可以看到線程數(shù)達到了103個。線程數(shù)暴增會導(dǎo)致系統(tǒng)資源的浪費,而且程序性能也會下降。

當(dāng)然如果你對threadcreate有疑義,也可以使用pstree查看程序當(dāng)前的線程數(shù)。

線程不會釋放的問題,已經(jīng)在 Go 的 bug 系統(tǒng)中提出了,但是目前還沒有解決,不過你可以通過增加runtime.LockOSThread()這個技巧來釋放線程。注意沒有調(diào)用 UnlockOSThread():

 for i := 0; i &lt; 100; i++ {
  go func() {
   syscall.Nanosleep(&amp;req, nil)
   runtime.LockOSThread()
  }()
 }

本文并沒有對生產(chǎn)環(huán)境做任何的建議,只是分析了:

  • time.Sleepnanosleep的精度問題

  • nanosleep的使用方法

  • nanosleep的陷阱

算是對上一篇文章的延伸。

參考資料

[1]

loov/hrtime: https://github.com/loov/hrtime

以上就是go語言更高精度的Sleep的詳細內(nèi)容,更多關(guān)于go高精度Sleep的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!

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