1.簡介

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

2.基本使用

我們首先通過一個簡單的例子，來展示是怎么基于NewTimer實現(xiàn)超時控制的。

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

• 首先，基于NewTimer創(chuàng)建一個 Timer 對象，設(shè)定超時時間為 5 秒鐘。
• 然后，啟動一個 goroutine 來執(zhí)行任務(wù)，并在任務(wù)完成后向通道發(fā)送一個完成信號。
• 最后，使用 select 語句等待 Timer 的到期事件或任務(wù)完成信號，如果 Timer 先到期，就認(rèn)為任務(wù)超時了，否則就認(rèn)為任務(wù)完成了。

下面是一個簡單的實現(xiàn)代碼展示：

package main

import (
        "fmt"
        "time"
)

func main() {
        // 創(chuàng)建一個定時器，超時時間為 5 秒鐘
        timer := time.NewTimer(5 * time.Second)

        // 啟動一個 goroutine 執(zhí)行任務(wù)，并在任務(wù)完成后向通道發(fā)送一個完成信號
        done := make(chan bool, 1)
        go func() {
                // 模擬任務(wù)執(zhí)行耗時
                time.Sleep(2 * time.Second)
                done <- true
        }()

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

在上述代碼中，我們首先使用NewTimer創(chuàng)建了一個time.Timer對象，超時時間為 5 秒鐘。然后啟動一個 goroutine 來執(zhí)行任務(wù)，并在任務(wù)完成后向通道 done 發(fā)送一個完成信號。最后使用 select 語句等待任務(wù)完成信號或者Timer的到期事件，如果Timer先到期，就認(rèn)為任務(wù)超時了，否則就認(rèn)為任務(wù)完成了。 在運行上述代碼時，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)完成時間改為超過 5 秒鐘，程序?qū)?5 秒鐘后超時，輸出如下信息：

Task timed out.

通過這個簡單的例子，我們可以看到，如果任務(wù)在指定超時時間內(nèi)完成，此時會執(zhí)行正常的業(yè)務(wù)邏輯；如果任務(wù)未在指定的超時時間內(nèi)完成，此時將走執(zhí)行超時邏輯。

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

3.實現(xiàn)原理

3.1 內(nèi)容分析

回顧上面的示例代碼，我們實現(xiàn)超時控制的主要機制，是通過select語句同時監(jiān)聽兩個channel，一個是任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)的channel,一個是定時器的channel。

當(dāng)任務(wù)執(zhí)行完成時，便通過channel對主協(xié)程進行通知。當(dāng)定時器到達我們指定的時間，也就是超時時間，此時也通過定時器的channel進行通知。

 同時監(jiān)聽這兩個channel,如果任務(wù)先執(zhí)行完成，此時將會走select語句中正常業(yè)務(wù)邏輯case的代碼，如果是在到達預(yù)定時間，任務(wù)仍沒有完成，此時通過定時器channel進行通知，從而走超時業(yè)務(wù)邏輯case的代碼，從而實現(xiàn)超時控制。

因此，這里主要的問題是，是如何在到達超時時間時，準(zhǔn)時往定時器中的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)到達超時時間了呢，這個是如何做到的呢?

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_超時時間時，Timer中C對應(yīng)的channel將會有數(shù)據(jù)到達，那么肯定有其他地方，在到達超時時間時，會往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_指定時間時，往Timer中的C發(fā)送數(shù)據(jù)呢?

其實，在go語言中，存在這樣一個運行時函數(shù)startTimer ，定義如下:

func startTimer(*runtimeTimer)

它的作用是啟動一個定時器，當(dāng)定時器到期時，會執(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，會使用系統(tǒng)調(diào)用來啟動一個底層的操作系統(tǒng)定時器，等到定時器超時時，底層系統(tǒng)會自動觸發(fā)一個信號（例如 Unix 平臺上的 SIGALRM 信號），然后該信號將由 Go 運行時內(nèi)部的信號處理函數(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來實現(xiàn)，當(dāng)?shù)竭_指定時間時，往channel發(fā)送數(shù)據(jù)，從而達到通知其他協(xié)程的效果。

3.3 實現(xiàn)步驟

首先，我們已經(jīng)知道，startTimer能夠啟動一個定時器，當(dāng)定時器到期時，會執(zhí)行相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)并傳遞回調(diào)參數(shù)。而定時器的到期時間、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方法啟動一個定時器，就能夠?qū)崿F(xiàn)在指定時間時，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中的字段進行說明:

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

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

// 定義一個channel,用于發(fā)送數(shù)據(jù)
c := make(chan Time, 1)
r := runtimeTimer{
      // 指定超時時間戳
      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啟動一個定時器
startTimer(&t.r)

首先會創(chuàng)建一個帶有緩沖的通道 c。

接著初始化runtimeTimer結(jié)構(gòu)體的值，設(shè)定好超時時間，回調(diào)函數(shù)以及參數(shù)。超時時間使用的是when函數(shù)來獲取計數(shù)器的結(jié)束時間。when 函數(shù)會根據(jù)給定的時間間隔 d，返回一個絕對時間點，即計時器結(jié)束時間。

f字段指定的回調(diào)函數(shù)，則是將當(dāng)前時間 Now() 發(fā)送到通道 c 中。當(dāng)?shù)竭_指定超時時間時，其將會調(diào)用回調(diào)函數(shù)f，同時將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啟動一個定時器。當(dāng)?shù)竭_超時時間，將會調(diào)用回調(diào)函數(shù)，回調(diào)函數(shù)其會往一開始定義的channel發(fā)送數(shù)據(jù)。

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

3.4 NewTimer的實現(xiàn)

回到我們的題目，NewTimer計時器的底層實現(xiàn)原理是什么？事實上，NewTimer創(chuàng)建的定時器，也確實是基于startTimer來實現(xiàn)的，下面我們來看看其實現(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
}

首先會創(chuàng)建一個帶有緩沖的通道 c。然后創(chuàng)建一個 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)，同時也會作為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事實上是共用一個channel的。

而runtimeTimer結(jié)構(gòu)體中的回調(diào)函數(shù)sendTime的實現(xiàn)與之前講述的并無差異，都是將當(dāng)前時間 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事實上是共用一個channel的，當(dāng)?shù)竭_超時時間，則會執(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進行監(jiān)聽的協(xié)程，此時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)建一個定時器，然后基于此實現(xiàn)超時控制。我們發(fā)現(xiàn)，比較重要的一個機制是，timer對象是在到達超時時間時，timer對象中C對應(yīng)的channel將會接收到數(shù)據(jù)。

timer對象在達到超時時間時，C屬性對應(yīng)的channel便能夠接收到數(shù)據(jù)，這個是怎么做到的呢? 我們基于此進行了分析，事實上，首先是基于startTimer創(chuàng)建定時器，同時runtimeTimer結(jié)構(gòu)體指定了回調(diào)函數(shù),從而實現(xiàn)達到超時時間時，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)超時控制等機制。

到此這篇關(guān)于詳解Golang中NewTimer計時器的底層實現(xiàn)原理的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Golang NewTimer計時器內(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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