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go-zero 應(yīng)對海量定時/延遲任務(wù)的技巧

 更新時間:2020年10月16日 14:21:52   作者:Kevin Wan  
這篇文章主要介紹了go-zero 如何應(yīng)對海量定時/延遲任務(wù),本文給大家介紹的非常詳細,對大家的學(xué)習(xí)或工作具有一定的參考借鑒價值,需要的朋友可以參考下

一個系統(tǒng)中存在著大量的調(diào)度任務(wù),同時調(diào)度任務(wù)存在時間的滯后性,而大量的調(diào)度任務(wù)如果每一個都使用自己的調(diào)度器來管理任務(wù)的生命周期的話,浪費cpu的資源而且很低效。

本文來介紹 go-zero 中 延遲操作,它可能讓開發(fā)者調(diào)度多個任務(wù)時,只需關(guān)注具體的業(yè)務(wù)執(zhí)行函數(shù)和執(zhí)行時間「立即或者延遲」。而 延遲操作,通??梢圆捎脙蓚€方案:

Timer:定時器維護一個優(yōu)先隊列,到時間點執(zhí)行,然后把需要執(zhí)行的 task 存儲在 map 中collection 中的 timingWheel ,維護一個存放任務(wù)組的數(shù)組,每一個槽都維護一個存儲task的雙向鏈表。開始執(zhí)行時,計時器每隔指定時間執(zhí)行一個槽里面的tasks。

方案2把維護task從 優(yōu)先隊列 O(nlog(n)) 降到 雙向鏈表 O(1),而執(zhí)行task也只要輪詢一個時間點的tasks O(N),不需要像優(yōu)先隊列,放入和刪除元素 O(nlog(n))。

我們先看看 go-zero 中自己對 timingWheel 的使用 :

cache 中的 timingWheel

首先我們先來在 collectioncache 中關(guān)于 timingWheel 的使用:

timingWheel, err := NewTimingWheel(time.Second, slots, func(k, v interface{}) {
 key, ok := k.(string)
 if !ok {
 return
 }
 cache.Del(key)
})
if err != nil {
 return nil, err
}

cache.timingWheel = timingWheel

這是 cache 初始化中也同時初始化 timingWheel 做key的過期處理,參數(shù)依次代表:

  • interval:時間劃分刻度
  • numSlots:時間槽
  • execute:時間點執(zhí)行函數(shù)

cache 中執(zhí)行函數(shù)則是 刪除過期key,而這個過期則由 timingWheel 來控制推進時間。

接下來,就通過 cachetimingWheel 的使用來認識。

初始化

// 真正做初始化
func newTimingWheelWithClock(interval time.Duration, numSlots int, execute Execute, ticker timex.Ticker) (
	*TimingWheel, error) {
	tw := &TimingWheel{
		interval:  interval,      // 單個時間格時間間隔
		ticker:  ticker,      // 定時器,做時間推動,以interval為單位推進
		slots:   make([]*list.List, numSlots), // 時間輪
		timers:  NewSafeMap(),     // 存儲task{key, value}的map [執(zhí)行execute所需要的參數(shù)]
		tickedPos:  numSlots - 1,     // at previous virtual circle
		execute:  execute,      // 執(zhí)行函數(shù)
		numSlots:  numSlots,      // 初始化 slots num
		setChannel: make(chan timingEntry),  // 以下幾個channel是做task傳遞的
		moveChannel: make(chan baseEntry),
		removeChannel: make(chan interface{}),
		drainChannel: make(chan func(key, value interface{})),
		stopChannel: make(chan lang.PlaceholderType),
	}
	// 把 slot 中存儲的 list 全部準備好
	tw.initSlots()
	// 開啟異步協(xié)程,使用 channel 來做task通信和傳遞
	go tw.run()

	return tw, nil
}

以上比較直觀展示 timingWheel 的 “時間輪”,后面會圍繞這張圖解釋其中推進的細節(jié)。

go tw.run() 開一個協(xié)程做時間推動:

func (tw *TimingWheel) run() {
	for {
		select {
  // 定時器做時間推動 -> scanAndRunTasks()
		case <-tw.ticker.Chan():
			tw.onTick()
  // add task 會往 setChannel 輸入task
		case task := <-tw.setChannel:
			tw.setTask(&task)
		...
		}
	}
}

可以看出,在初始化的時候就開始了 timer 執(zhí)行,并以internal時間段轉(zhuǎn)動,然后底層不停的獲取來自 slot 中的 list 的task,交給 execute 執(zhí)行。

Task Operation

緊接著就是設(shè)置 cache key

func (c *Cache) Set(key string, value interface{}) {
	c.lock.Lock()
	_, ok := c.data[key]
	c.data[key] = value
	c.lruCache.add(key)
	c.lock.Unlock()

	expiry := c.unstableExpiry.AroundDuration(c.expire)
	if ok {
		c.timingWheel.MoveTimer(key, expiry)
	} else {
		c.timingWheel.SetTimer(key, value, expiry)
	}
}

先看在 data map 中有沒有存在這個key存在,則更新 expire -> MoveTimer()第一次設(shè)置key -> SetTimer()

所以對于 timingWheel 的使用上就清晰了,開發(fā)者根據(jù)需求可以 add 或是 update

同時我們跟源碼進去會發(fā)現(xiàn):SetTimer() MoveTimer() 都是將task輸送到channel,由 run() 中開啟的協(xié)程不斷取出 channel 的task操作。

SetTimer() -> setTask()

not exist task:getPostion -> pushBack to list -> setPositionexist task:get from timers -> moveTask()

MoveTimer() -> moveTask()

由上面的調(diào)用鏈,有一個都會調(diào)用的函數(shù):moveTask()

func (tw *TimingWheel) moveTask(task baseEntry) {
	// timers: Map => 通過key獲取 [positionEntry「pos, task」]
	val, ok := tw.timers.Get(task.key)
	if !ok {
		return
	}

	timer := val.(*positionEntry)
 	// {delay < interval} => 延遲時間比一個時間格間隔還小,沒有更小的刻度,說明任務(wù)應(yīng)該立即執(zhí)行
	if task.delay < tw.interval {
		threading.GoSafe(func() {
			tw.execute(timer.item.key, timer.item.value)
		})
		return
	}
	// 如果 > interval,則通過 延遲時間delay 計算其出時間輪中的 new pos, circle
	pos, circle := tw.getPositionAndCircle(task.delay)
	if pos >= timer.pos {
		timer.item.circle = circle
    // 記錄前后的移動offset。為了后面過程重新入隊
		timer.item.diff = pos - timer.pos
	} else if circle > 0 {
		// 轉(zhuǎn)移到下一層,將 circle 轉(zhuǎn)換為 diff 一部分
		circle--
		timer.item.circle = circle
		// 因為是一個數(shù)組,要加上 numSlots [也就是相當于要走到下一層]
		timer.item.diff = tw.numSlots + pos - timer.pos
	} else {
		// 如果 offset 提前了,此時 task 也還在第一層
		// 標記刪除老的 task,并重新入隊,等待被執(zhí)行
		timer.item.removed = true
		newItem := &timingEntry{
			baseEntry: task,
			value:  timer.item.value,
		}
		tw.slots[pos].PushBack(newItem)
		tw.setTimerPosition(pos, newItem)
	}
}

以上過程有以下幾種情況:

delay < internal:因為 < 單個時間精度,表示這個任務(wù)已經(jīng)過期,需要馬上執(zhí)行針對改變的 delaynew >= old<newPos, newCircle, diff>newCircle > 0:計算diff,并將 circle 轉(zhuǎn)換為 下一層,故diff + numslots如果只是單純延遲時間縮短,則將老的task標記刪除,重新加入list,等待下一輪loop被execute

Execute

之前在初始化中,run() 中定時器的不斷推進,推進的過程主要就是把 list中的 task 傳給執(zhí)行的 execute func。我們從定時器的執(zhí)行開始看:

// 定時器 「每隔 internal 會執(zhí)行一次」
func (tw *TimingWheel) onTick() {
  // 每次執(zhí)行更新一下當前執(zhí)行 tick 位置
	tw.tickedPos = (tw.tickedPos + 1) % tw.numSlots
  // 獲取此時 tick位置 中的存儲task的雙向鏈表
	l := tw.slots[tw.tickedPos]
	tw.scanAndRunTasks(l)
}

緊接著是如何去執(zhí)行 execute

func (tw *TimingWheel) scanAndRunTasks(l *list.List) {
	// 存儲目前需要執(zhí)行的task{key, value} [execute所需要的參數(shù),依次傳遞給execute執(zhí)行]
	var tasks []timingTask

	for e := l.Front(); e != nil; {
		task := e.Value.(*timingEntry)
    // 標記刪除,在 scan 中做真正的刪除 「刪除map的data」
		if task.removed {
			next := e.Next()
			l.Remove(e)
			tw.timers.Del(task.key)
			e = next
			continue
		} else if task.circle > 0 {
			// 當前執(zhí)行點已經(jīng)過期,但是同時不在第一層,所以當前層即然已經(jīng)完成了,就會降到下一層
      // 但是并沒有修改 pos
			task.circle--
			e = e.Next()
			continue
		} else if task.diff > 0 {
			// 因為之前已經(jīng)標注了diff,需要再進入隊列
			next := e.Next()
			l.Remove(e)
			pos := (tw.tickedPos + task.diff) % tw.numSlots
			tw.slots[pos].PushBack(task)
			tw.setTimerPosition(pos, task)
			task.diff = 0
			e = next
			continue
		}
		// 以上的情況都是不能執(zhí)行的情況,能夠執(zhí)行的會被加入tasks中
		tasks = append(tasks, timingTask{
			key: task.key,
			value: task.value,
		})
		next := e.Next()
		l.Remove(e)
		tw.timers.Del(task.key)
		e = next
	}
	// for range tasks,然后把每個 task->execute 執(zhí)行即可
	tw.runTasks(tasks)
}

具體的分支情況在注釋中說明了,在看的時候可以和前面的 moveTask() 結(jié)合起來,其中 circle 下降,diff 的計算是關(guān)聯(lián)兩個函數(shù)的重點。

至于 diff 計算就涉及到 pos, circle 的計算:

// interval: 4min, d: 60min, numSlots: 16, tickedPos = 15
// step = 15, pos = 14, circle = 0
func (tw *TimingWheel) getPositionAndCircle(d time.Duration) (pos int, circle int) {
	steps := int(d / tw.interval)
	pos = (tw.tickedPos + steps) % tw.numSlots
	circle = (steps - 1) / tw.numSlots
	return
}

上面的過程可以簡化成下面:

steps = d / interval
pos = step % numSlots - 1
circle = (step - 1) / numSlots

總結(jié)

timingWheel 靠定時器推動,時間前進的同時會取出當前時間格中 list「雙向鏈表」的task,傳遞到 execute 中執(zhí)行。因為是是靠 internal 固定時間刻度推進,可能就會出現(xiàn):一個 60s 的task,internal = 1s,這樣就會空跑59次loop。

而在擴展時間上,采取 circle 分層,這樣就可以不斷復(fù)用原有的 numSlots ,因為定時器在不斷 loop,而執(zhí)行可以把上層的 slot 下降到下層,在不斷 loop 中就可以執(zhí)行到上層的task。這樣的設(shè)計可以在不創(chuàng)造額外的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),突破長時間的限制。

同時在 go-zero 中還有很多實用的組件工具,用好工具對于提升服務(wù)性能和開發(fā)效率都有很大的幫助,希望本篇文章能給大家?guī)硪恍┦斋@。

項目地址

https://github.com/tal-tech/go-zero

好未來技術(shù)

到此這篇關(guān)于go-zero 如何應(yīng)對海量定時/延遲任務(wù)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)go-zero定時/延遲任務(wù)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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