定时器是什么

Golang 原生 time 包下可以用来执行一些定时任务或者是周期性的任务的一个工具

本文基于 Go 1.14，如果以下文章有哪里不对或者问题的地方，欢迎讨论学习

定时器的日常使用

Timer 相关

func NewTimer(d Duration) *Timerfunc (t *Timer) Reset(d Duration) boolfunc (t *Timer) Stop() boolfunc After(d Duration) <-chan Timefunc AfterFunc(d Duration, f func()) *Timerfunc main() { timer := time.NewTimer(3 * time.Second) select { case <-timer.C: fmt.Println("3秒执行任务") } timer.Stop() // 这里来提高 timer 的回收}func main() { tChannel := time.After(3 * time.Second) // 其内部其实是生成了一个 timer select { case <-tChannel: fmt.Println("3秒执行任务") }}func main() { timer := time.NewTimer(3 * time.Second) for { timer.Reset(4 * time.Second) // 这样来复用 timer 和修改执行时间 select { case <-timer.C: fmt.Println("每隔4秒执行任务") } }}

注意事项：

错误使用：time.After 这里会不断生成 timer，虽然最终会回收，但是会造成无意义的cpu资源消耗

func main() { for { select { case <-time.After(3 * time.Second): fmt.Println("每隔3秒执行一次") } }}

正确使用：

func main() { timer := time.NewTimer(3 * time.Second) for { timer.Reset(3 * time.Second) // 这里复用了 timer select { case <-timer.C: fmt.Println("每隔3秒执行一次") } }}

Ticker 相关

func NewTicker(d Duration) *Tickerfunc Tick(d Duration) <-chan Timefunc (t *Ticker) Stop()func main() { ticker := time.NewTicker(3 * time.Second) for range ticker.C { fmt.Print("每隔3秒执行任务") } ticker.Stop()}

错误使用：

func main() { for { select { case <-time.Tick(3 * time.Second): // 这里会不断生成 ticker，而且 ticker 会进行重新调度，造成泄漏（后面源码会有解析） fmt.Println("每隔3秒执行一次") } }}

定时器源码分析

我先给出涉及到过程的相关结构体（！！！要注意 Timer 和 timer 的不同）

type Timer struct { C <-chan Time r runtimeTimer}​// Ticker 的结构与 Timer 一致type Ticker struct { C <-chan Time // 这里就是返回的 channel r runtimeTimer}​// If this struct changes, // adjust ../time/sleep.go:/runtimeTimer.// 这里是与 runtimeTimer 对应的type timer struct { pp puintptr // 对应的当前 P 的指针 when int64 // 需要执行的时间 period int64 // 周期，Ticker 会使用 f func(interface{}, uintptr) // 给 channel 推送信息的方式 arg interface{} // 与 f 相关的第一个参数，可以看下面 Ticker 的例子 seq uintptr // 与 f 相关的第二个参数（后续我们可以看到） nextwhen int64 // 下次执行的时候 status uint32 // 当前状态}​​// P 结构体中的相关 timer 的字段type p struct { ... timersLock mutex // 一个 P 中保证 timers 同步锁​ timers []*timer // timers 是四叉小顶堆（后续代码会有说明）​ numTimers uint32 // timer 的数量​ adjustTimers uint32 // 需要调整的 timer 的数量​ deletedTimers uint32 // 需要删除的 timer 的数量 ...}

我们以 Ticker 为切入点

func NewTicker(d Duration) *Ticker { if d <= 0 { panic(errors.New("non-positive interval for NewTicker")) } c := make(chan Time, 1) t := &Ticker{ C: c, r: runtimeTimer{ when: when(d),//当前时间+d的时间，可看下面 period: int64(d),//执行周期 f: sendTime, arg: c, // 就是 f 中第一个参数 }, } startTimer(&t.r) return t}​func when(d Duration) int64 { if d <= 0 { return runtimeNano() } t := runtimeNano() + int64(d) //当前时间加上需要等待的时间 if t < 0 { t = 1<<63 - 1 // math.MaxInt64 } return t}​func sendTime(c interface{}, seq uintptr) { select { case c.(chan Time) <- Now(): default: }}

从 NewTicker 中我们可以看到，开始执行是在 startTimer()，我们进去看下

addtimer

// startTimer adds t to the timer heap.// 这里已经说明了 timers 是一种堆的数据结构，由于是定时器，// 最近的最先执行，所以猜测以 when 来判断的小顶堆func startTimer(t *timer) { addtimer(t)}​func addtimer(t *timer) { if t.when < 0 { t.when = maxWhen //maxWhen 是 1<<63 - 1 } if t.status != timerNoStatus { throw("addtimer called with initialized timer") } t.status = timerWaiting​ when := t.when​ pp := getg().m.p.ptr() lock(&pp.timersLock) cleantimers(pp) // 根据 timer 删除和修改状态进行操作，可以看下面源码相关 doaddtimer(pp, t)// 添加 timer 的到 timers 堆 unlock(&pp.timersLock)​ wakeNetPoller(when)}// 清理 timers 的源码部分func cleantimers(pp *p) { for { if len(pp.timers) == 0 { return } t := pp.timers[0]// 从 0 开始，即最小的堆顶开始 if t.pp.ptr() != pp { throw("cleantimers: bad p") } switch s := atomic.Load(&t.status); s { case timerDeleted: if !atomic.Cas(&t.status, s, timerRemoving) {// status 变更为 timerRemoving continue } dodeltimer0(pp) // 这里是删除 timer 的关键部分，删除堆顶的部分并调整 if !atomic.Cas(&t.status, timerRemoving, timerRemoved) { // stauts 变更为 timerRemoved badTimer() // 这里就是 throw 一个异常 } atomic.Xadd(&pp.deletedTimers, -1) case timerModifiedEarlier, timerModifiedLater: if !atomic.Cas(&t.status, s, timerMoving) { // stauts 变更为 timerMoving continue } t.when = t.nextwhen // 将执行时间设置为其下次执行的时候 // -----删除堆顶位置，并按照其新的执行时间加入到对应的位置 dodeltimer0(pp) doaddtimer(pp, t) // 添加 timer 的关键部分 // ------------ if s == timerModifiedEarlier { atomic.Xadd(&pp.adjustTimers, -1) } if !atomic.Cas(&t.status, timerMoving, timerWaiting) { badTimer() } default: return } }}​// timer 删除的源码部分//（扩充：func dodeltimer(pp *p, i int) 意思就是删除指定所索引// 的位置，然后恢复小顶堆的结构，可以看源码，就不解释了）func dodeltimer0(pp *p) { if t := pp.timers[0]; t.pp.ptr() != pp { throw("dodeltimer0: wrong P") } else { t.pp = 0 // 这里将指针情况 } // --- 将堆的最后一位 timer 放到堆顶，然后清空最后一位的空间，然后向下调整--- last := len(pp.timers) - 1 if last > 0 { pp.timers[0] = pp.timers[last] } pp.timers[last] = nil pp.timers = pp.timers[:last] if last > 0 { siftdownTimer(pp.timers, 0)//向下调整的核心部分 } // --------------------- updateTimer0When(pp) //更新当前 p 的最先执行 timer 的执行时间 atomic.Xadd(&pp.numTimers, -1)}​func updateTimer0When(pp *p) { if len(pp.timers) == 0 { atomic.Store64(&pp.timer0When, 0) } else { atomic.Store64(&pp.timer0When, uint64(pp.timers[0].when)) }}​// timer 增加的源码部分func doaddtimer(pp *p, t *timer) { ... if t.pp != 0 { throw("doaddtimer: P already set in timer") } t.pp.set(pp) // --- 将 timer 放置到堆的最后一位，然后向上调整 --- i := len(pp.timers) pp.timers = append(pp.timers, t) siftupTimer(pp.timers, i)// 向上调整的核心部分 // --------------------------- if t == pp.timers[0] { atomic.Store64(&pp.timer0When, uint64(t.when)) } atomic.Xadd(&pp.numTimers, 1)}

当我们已知 timers 是小顶堆的数据结构（满足“当前位置的值小于等于父位置的值“即可，实现方式使用数组，由下面代码可以知道是四叉小顶堆，结构如下图）的情况后，接下来看堆向上或者向下调整的细节部分

// timers 堆的向上调整func siftupTimer(t []*timer, i int) { ... when := t[i].when tmp := t[i] for i > 0 { p := (i - 1) / 4 // 由这里可以看出，堆的节点长度是4 if when >= t[p].when { break } // --- 向上进行调整，即父节点下移，当前节点上移 --- t[i] = t[p] i = p //向上进行调整 } if tmp != t[i] { t[i] = tmp }}​//timers 堆的向下调整func siftdownTimer(t []*timer, i int) { n := len(t) if i >= n { badTimer() } when := t[i].when tmp := t[i] for { // --- 以下部分就是找到当前4个节点中最小的那个值和在数组的位置 ----- c := i*4 + 1 // 这里是子节点最左边的节点 c3 := c + 2 // 这里是子节点第三个节点 if c >= n { break } w := t[c].when if c+1 < n && t[c+1].when < w { w = t[c+1].when c++ } if c3 < n { w3 := t[c3].when if c3+1 < n && t[c3+1].when < w3 { w3 = t[c3+1].when c3++ } if w3 < w { w = w3 c = c3 } } //--------------------------------- if w >= when { break } // --- 向下进行调整，即子节点上移，当前节点下移 --- t[i] = t[c] i = c // --------------- } if tmp != t[i] { t[i] = tmp }}

既然已经知道timer放到四叉小顶堆，那 timer 是怎么执行的呢？接下来就是定时器的核心部分入口 runtimer()

runtimer

// 这里执行的前提是当前 P 的 timesLock 已经锁了，所以不用担心并发问题func runtimer(pp *p, now int64) int64 { for { t := pp.timers[0] //找到 timers 堆的堆顶，为最先执行的 timer if t.pp.ptr() != pp { throw("runtimer: bad p") } switch s := atomic.Load(&t.status); s { case timerWaiting: if t.when > now { //如果还没到时间，则返回调用的时间 return t.when }​ if !atomic.Cas(&t.status, s, timerRunning) { continue } runOneTimer(pp, t, now)// 这里是执行timer的核心 return 0​ case timerDeleted: if !atomic.Cas(&t.status, s, timerRemoving) { continue } dodeltimer0(pp) //删除 timers 堆顶的 timer if !atomic.Cas(&t.status, timerRemoving, timerRemoved) { badTimer() } atomic.Xadd(&pp.deletedTimers, -1) if len(pp.timers) == 0 { return -1 }​ case timerModifiedEarlier, timerModifiedLater: if !atomic.Cas(&t.status, s, timerMoving) { continue } //删除堆顶的位置，调整 timer 到最新的时间，以及进行重新调整 t.when = t.nextwhen dodeltimer0(pp) doaddtimer(pp, t) if s == timerModifiedEarlier { atomic.Xadd(&pp.adjustTimers, -1) } if !atomic.Cas(&t.status, timerMoving, timerWaiting) { badTimer() }​ case timerModifying: osyield() case timerNoStatus, timerRemoved: badTimer() case timerRunning, timerRemoving, timerMoving: badTimer() default: badTimer() } }}

因此我们知道了执行的核心流程是 runOneTimer()

runOneTimer

// 由于是 runtimer 进行调用，因此也线程安全func runOneTimer(pp *p, t *timer, now int64) { ... f := t.f arg := t.arg seq := t.seq​ if t.period > 0 { //如果有周期，则算出下次 timer 执行的时间，并加入到对应的位置（这里就是 Ticker 和 Timer 的区别） delta := t.when - now t.when += t.period * (1 + -delta/t.period) siftdownTimer(pp.timers, 0)// 将四叉小顶堆向下调整 if !atomic.Cas(&t.status, timerRunning, timerWaiting) { badTimer() } updateTimer0When(pp)//更新当前 P 的最先的 timer 的执行时间 } else { // 从堆顶位置上删除 timer，并调整 dodeltimer0(pp) if !atomic.Cas(&t.status, timerRunning, timerNoStatus) { badTimer() } } ...​ unlock(&pp.timersLock)​ f(arg, seq) // 执行对应的 f，这里就是我们 Timer.C 来的地方​ lock(&pp.timersLock)​ ...}

从 runtimer 的调用，我们知道执行的入口是 checkTimers()，我们详细看下

checkTimers

我们可以看下图，由下图可知，是通过 Go 里面的调度中去寻找可执行的 timer

我们看下 checkTimers 做了什么

func checkTimers(pp *p, now int64) (rnow, pollUntil int64, ran bool) { if atomic.Load(&pp.adjustTimers) == 0 {// 如果没有需要可调整的，则直接返回最先执行 timer 的时间 next := int64(atomic.Load64(&pp.timer0When)) if next == 0 { return now, 0, false } if now == 0 { now = nanotime() } if now < next { // 表示还没有到执行时间 if pp != getg().m.p.ptr() || int(atomic.Load(&pp.deletedTimers)) <= int(atomic.Load(&pp.numTimers)/4) { //且要删除的 Timer数量小于 Timer总数的1/4 return now, next, false } } }​ lock(&pp.timersLock)​ adjusttimers(pp)// 可以看下面的源码解析，当前 p 上的所有 timers 的状态，该删除的删了，该调整的调整​ rnow = now if len(pp.timers) > 0 { if rnow == 0 { rnow = nanotime() } for len(pp.timers) > 0 { if tw := runtimer(pp, rnow); tw != 0 { // 通过 runtimer（可以看上面的源码解析） 开始调用 if tw > 0 { pollUntil = tw } break } ran = true } } // 如果可删除的 Timers 大于 Timer总数量的1/4，则进行删除（因为上面执行了 runtimer) if pp == getg().m.p.ptr() && int(atomic.Load(&pp.deletedTimers)) > len(pp.timers)/4 { clearDeletedTimers(pp) }​ unlock(&pp.timersLock)​ return rnow, pollUntil, ran}

adjusttimers

func adjusttimers(pp *p) { if len(pp.timers) == 0 { return } if atomic.Load(&pp.adjustTimers) == 0 { // 如果需要调整的 Timer 为 0，则直接返回 ... return } var moved []*timerloop: for i := 0; i < len(pp.timers); i++ { t := pp.timers[i] if t.pp.ptr() != pp { throw("adjusttimers: bad p") } switch s := atomic.Load(&t.status); s { case timerDeleted: // 这里就是将部分需要删除的 Timer 给清理掉 if atomic.Cas(&t.status, s, timerRemoving) { dodeltimer(pp, i) if !atomic.Cas(&t.status, timerRemoving, timerRemoved) { badTimer() } atomic.Xadd(&pp.deletedTimers, -1) i-- } case timerModifiedEarlier, timerModifiedLater: // 把需要调整 Timer 放到 moved 中，然后删除当前堆的数据进行堆调整，后续将 moved 通过 addAdjustedTimers 添加 if atomic.Cas(&t.status, s, timerMoving) { t.when = t.nextwhen dodeltimer(pp, i) moved = append(moved, t) if s == timerModifiedEarlier { if n := atomic.Xadd(&pp.adjustTimers, -1); int32(n) <= 0 { break loop } } i-- } case timerNoStatus, timerRunning, timerRemoving, timerRemoved, timerMoving: badTimer() case timerWaiting: case timerModifying: osyield() i-- default: badTimer() } }​ if len(moved) > 0 { addAdjustedTimers(pp, moved) // 这里就是将需要调整的 timer 重新添加进来 }​ ...}

addAdjustedTimers

func addAdjustedTimers(pp *p, moved []*timer) { for _, t := range moved { doaddtimer(pp, t)// 上文有源码解析 if !atomic.Cas(&t.status, timerMoving, timerWaiting) { badTimer() } }}

clearDeletedTimers

func clearDeletedTimers(pp *p) { cdel := int32(0) cearlier := int32(0) to := 0 changedHeap := false timers := pp.timersnextTimer: for _, t := range timers { for { switch s := atomic.Load(&t.status); s { case timerWaiting: if changedHeap { timers[to] = t siftupTimer(timers, to) } to++ continue nextTimer case timerModifiedEarlier, timerModifiedLater: // 将 timer 状态调整成 timeWaiting，将其放至其正确的执行时间位置 if atomic.Cas(&t.status, s, timerMoving) { t.when = t.nextwhen timers[to] = t siftupTimer(timers, to) to++ changedHeap = true if !atomic.Cas(&t.status, timerMoving, timerWaiting) { badTimer() } if s == timerModifiedEarlier { cearlier++ } continue nextTimer } case timerDeleted: // 将 timerDeleted 转变成 timerRemoved，然后从 timers 堆中删掉（在当前函数后面可以看出） if atomic.Cas(&t.status, s, timerRemoving) { t.pp = 0 cdel++ if !atomic.Cas(&t.status, timerRemoving, timerRemoved) { badTimer() } changedHeap = true continue nextTimer } case timerModifying: osyield() case timerNoStatus, timerRemoved: badTimer() case timerRunning, timerRemoving, timerMoving: badTimer() default: badTimer() } } }​ // 在这里对于剩余的空间 设置为 nil 操作（垃圾回收方便） for i := to; i < len(timers); i++ { timers[i] = nil }​ atomic.Xadd(&pp.deletedTimers, -cdel) atomic.Xadd(&pp.numTimers, -cdel) atomic.Xadd(&pp.adjustTimers, -cearlier)​ // 在这里进行一次大清理 timers = timers[:to] pp.timers = timers updateTimer0When(pp)​ ...}

大致执行的情况我们看好了，那我们接下来看 Stop() 的源码部分

deltimer

func (t *Ticker) Stop() { stopTimer(&t.r)}​func stopTimer(t *timer) bool { return deltimer(t)}​func deltimer(t *timer) bool { for { switch s := atomic.Load(&t.status); s { case timerWaiting, timerModifiedLater: //将 timer 的 status变更为 timerDeleted ，并deletedTimers 加 1 mp := acquirem() if atomic.Cas(&t.status, s, timerModifying) { tpp := t.pp.ptr() if !atomic.Cas(&t.status, timerModifying, timerDeleted) { // badTimer() } releasem(mp) atomic.Xadd(&tpp.deletedTimers, 1) return true } else { releasem(mp) } case timerModifiedEarlier: //将 timer 的 status 变更为 timerDeleted，然后 adjustTimers 减 1，deletedTimers 加 1 mp := acquirem() if atomic.Cas(&t.status, s, timerModifying) { tpp := t.pp.ptr() atomic.Xadd(&tpp.adjustTimers, -1) if !atomic.Cas(&t.status, timerModifying, timerDeleted) { badTimer() } releasem(mp) atomic.Xadd(&tpp.deletedTimers, 1) return true } else { releasem(mp) } case timerDeleted, timerRemoving, timerRemoved: return false case timerRunning, timerMoving: osyield() case timerNoStatus: return false case timerModifying: osyield() default: badTimer() } }}

后续调度中， Timer 的状态可以从 timerDeleted 设置成 timerRemoved 并从 timers 堆中去除（注意，这里用了“可以”，可以看上面的状态图了解）

在复用 Timer 的时候，我们经常使用 Reset()，我们来看下源码部分是怎么样的

modtimer

func (t *Timer) Reset(d Duration) bool { if t.r.f == nil { panic("time: Reset called on uninitialized Timer") } w := when(d) active := stopTimer(&t.r) // 这里我们上面源码解释过了，即将当前的 timer 的 status 设置成 timerDeleted resetTimer(&t.r, w) return active}​func resettimer(t *timer, when int64) { modtimer(t, when, t.period, t.f, t.arg, t.seq)}​func modtimer(t *timer, when, period int64, f func(interface{}, uintptr), arg interface{}, seq uintptr) { if when < 0 { when = maxWhen }​ status := uint32(timerNoStatus) wasRemoved := false var mp *mloop: for { // 主要的目的就是将当前的 timer 的状态设置成 timerModifying switch status = atomic.Load(&t.status); status { case timerWaiting, timerModifiedEarlier, timerModifiedLater: mp = acquirem() if atomic.Cas(&t.status, status, timerModifying) { break loop } releasem(mp) case timerNoStatus, timerRemoved: mp = acquirem() if atomic.Cas(&t.status, status, timerModifying) { wasRemoved = true break loop } releasem(mp) case timerDeleted: mp = acquirem() if atomic.Cas(&t.status, status, timerModifying) { atomic.Xadd(&t.pp.ptr().deletedTimers, -1) break loop } releasem(mp) case timerRunning, timerRemoving, timerMoving: osyield() case timerModifying: osyield() default: badTimer() } }​ t.period = period t.f = f t.arg = arg t.seq = seq​ if wasRemoved { // 如果是已经被移除的，则要重新加回到 timers 中，且状态变更为 timerWaiting t.when = when pp := getg().m.p.ptr() lock(&pp.timersLock) doaddtimer(pp, t) unlock(&pp.timersLock) if !atomic.Cas(&t.status, timerModifying, timerWaiting) { badTimer() } releasem(mp) wakeNetPoller(when) } else { t.nextwhen = when​ newStatus := uint32(timerModifiedLater) if when < t.when { //判断这次新的时间是老的时间的前还是后 newStatus = timerModifiedEarlier }​ adjust := int32(0) if status == timerModifiedEarlier { adjust-- } if newStatus == timerModifiedEarlier { adjust++ } if adjust != 0 { atomic.Xadd(&t.pp.ptr().adjustTimers, adjust) }​ if !atomic.Cas(&t.status, timerModifying, newStatus) { // 将当前 timer 设置成 timerModifiedEarlier/timerModifiedEarlier badTimer() } releasem(mp)​ if newStatus == timerModifiedEarlier { wakeNetPoller(when) } }}

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