golang 定時任務方面time.Sleep和time.Tick的優劣對比分析

golang 寫循環執行的定時任務,常見的有以下三種實現方式

1、time.Sleep方法:

for {
   time.Sleep(time.Second)
   fmt.Println("我在定時執行任務")
}

2、time.Tick函數:

t1:=time.Tick(3*time.Second)
for {
   select {
   case <-t1:
      fmt.Println("t1定時器")
   }
}

3、其中Tick定時任務

也可以先使用time.Ticker函數獲取Ticker結構體,然後進行阻塞監聽信息,這種方式可以手動選擇停止定時任務,在停止任務時,減少對內存的浪費。

t:=time.NewTicker(time.Second)
for {
   select {
   case <-t.C:
      fmt.Println("t1定時器")
      t.Stop()
   }
}

其中第二種和第三種可以歸為同一類

這三種定時器的實現原理

一般來說,你在使用執行定時任務的時候,一般旁人會勸你不要使用time.Sleep完成定時任務,但是為什麼不能使用Sleep函數完成定時任務呢,它和Tick函數比,有什麼劣勢呢?這就需要我們去探討閱讀一下源碼,分析一下它們之間的優劣性。

首先,我們研究一下Tick函數,func Tick(d Duration) <-chan Time

調用Tick函數會返回一個時間類型的channel,如果對channel稍微有些瞭解的話,我們首先會想到,既然是返回一個channel,在調用Tick方法的過程中,必然創建瞭goroutine,該Goroutine負責發送數據,喚醒被阻塞的定時任務。我在閱讀源碼之後,確實發現函數中go出去瞭一個協程,處理定時任務。

按照當前的理解,使用一個tick,需要go出去一個協程,效率和對內存空間的占用肯定不能比sleep函數強。我們需要繼續閱讀源碼才拿獲取到真理。

簡單的調用過程我就不陳述瞭,我在這介紹一下核心結構體和方法(刪除瞭部分判斷代碼,解釋我寫在表格中):

func (tb *timersBucket) addtimerLocked(t *timer) {
   t.i = len(tb.t)  //計算timersBucket中,當前定時任務的長度
   tb.t = append(tb.t, t)// 將當前定時任務加入timersBucket
   siftupTimer(tb.t, t.i)  //維護一個timer結構體的最小堆(四叉樹),排序關鍵字為執行時間,即該定時任務下一次執行的時間
   if !tb.created {
      tb.created = true
      go timerproc(tb)// 如果還沒有創建過管理定時任務的協程,則創建一個,執行通知管理timer的協程,最核心代碼
   }
}

timersBucket,顧名思義,時間任務桶,是外界不可見的全局變量。每當有新的timer定時器任務時,會將timer加入到timersBucket中的timer切片。timerBucket結構體如下:

type timersBucket struct {
   lock         mutex //添加新定時任務時需要加鎖(沖突點在於維護堆)
   t            []*timer //timer切片,構造方式為四叉樹最小堆
}

func timerproc(tb *timersBucket) 詳細介紹

可以稱之為定時任務處理器,所有的定時任務都會加入timersBucket,然後在該函數中等待被處理。

等待被處理的timer,根據when字段(任務執行的時間,int類型,納秒級別)構成一個最小堆,每次處理完成堆頂的某個timer時,會給它的when字段加上定時任務循環間隔時間(即Tick(d Duration) 中的d參數),然後重新維護堆,保證when最小的timer在堆頂。當堆中沒有可以處理的timer(有timer,但是還不到執行時間),需要計算當前時間和堆頂中timer的任務執行時間差值delta,定時任務處理器沉睡delta段時間,等待被調度器喚醒。

核心代碼如下(註釋寫在每行代碼的後面,刪除一些判斷代碼以及不利於閱讀的非核心代碼):

func timerproc(tb *timersBucket) {
   for {
      lock(&tb.lock) //加鎖
      now := nanotime()  //當前時間的納秒值
      delta := int64(-1)  //最近要執行的timer和當前時間的差值
      for {
         if len(tb.t) == 0 {
            delta = -1
            break
         }//當前無可執行timer,直接跳出該循環
         t := tb.t[0]
         delta = t.when - now //取when組小的的timer,計算於當前時間的差值
         if delta > 0 {
            break
         }// delta大於0,說明還未到發送channel時間,需要跳出循環去睡眠delta時間
         if t.period > 0 {
            // leave in heap but adjust next time to fire
            t.when += t.period * (1 + -delta/t.period)// 計算該timer下次執行任務的時間
            siftdownTimer(tb.t, 0) //調整堆
         } else {
            // remove from heap,如果沒有設定下次執行時間,則將該timer從堆中移除(time.after和time.sleep函數即是隻執行一次定時任務)
            last := len(tb.t) - 1
            if last > 0 {
               tb.t[0] = tb.t[last]
               tb.t[0].i = 0
            }
            tb.t[last] = nil
            tb.t = tb.t[:last]
            if last > 0 {
               siftdownTimer(tb.t, 0)
            }
            t.i = -1 // mark as removed
         }
         f := t.f
         arg := t.arg
         seq := t.seq
         unlock(&tb.lock)//解鎖
         f(arg, seq) //在channel中發送time結構體,喚醒阻塞的協程
         lock(&tb.lock)
      }
      if delta < 0  {
         // No timers left - put goroutine to sleep.
         goparkunlock(&tb.lock, "timer goroutine (idle)", traceEvGoBlock, 1)
         continue
      }// delta小於0說明當前無定時任務,直接進行阻塞進行睡眠
      tb.sleeping = true
      tb.sleepUntil = now + delta
      unlock(&tb.lock)
      notetsleepg(&tb.waitnote, delta)  //睡眠delta時間,喚醒之後就可以執行在堆頂的定時任務瞭
   }
}

至此,time.Tick函數涉及到的主要功能就講解結束瞭,總結一下就是啟動定時任務時,會創建一個唯一協程,處理timer,所有的timer都在該協程中處理。

然後,我們再閱讀一下sleep的源碼實現,核心源碼如下:

//go:linkname timeSleep time.Sleep
func timeSleep(ns int64) {
   *t = timer{} //創建一個定時任務
   t.when = nanotime() + ns //計算定時任務的執行時間點
   t.f = goroutineReady //執行方法
   tb.addtimerLocked(t)  //加入timer堆,並在timer定時任務執行協程中等待被執行
   goparkunlock(&tb.lock, "sleep", traceEvGoSleep, 2) //睡眠,等待定時任務協程通知喚醒
}

讀瞭sleep的核心代碼之後,是不是突然發現和Tick函數的內容很類似,都創建瞭timer,並加入瞭定時任務處理協程。神奇之處就在於,實際上這兩個函數產生的timer都放入瞭同一個timer堆,都在定時任務處理協程中等待被處理。

優劣性對比,使用建議

現在我們知道瞭,Tick,Sleep,包括time.After函數,都使用的timer結構體,都會被放在同一個協程中統一處理,這樣看起來使用Tick,Sleep並沒有什麼區別。

實際上是有區別的,Sleep是使用睡眠完成定時任務,需要被調度喚醒。Tick函數是使用channel阻塞當前協程,完成定時任務的執行。當前並不清楚golang 阻塞和睡眠對資源的消耗會有什麼區別,這方面不能給出建議。

但是使用channel阻塞協程完成定時任務比較靈活,可以結合select設置超時時間以及默認執行方法,而且可以設置timer的主動關閉,以及不需要每次都生成一個timer(這方面節省系統內存,垃圾收回也需要時間)。

所以,建議使用time.Tick完成定時任務。

補充:Golang 定時器timer和ticker

兩種類型的定時器:ticker和timer。兩者有什麼區別呢?請看如下代碼:

ticker

package main
import (
        "fmt"
        "time"
)
func main() {
        d := time.Duration(time.Second*2)
        t := time.NewTicker(d)
        defer t.Stop()
        for {
                <- t.C
                fmt.Println("timeout...")
        }
}

output:

timeout…

timeout…

timeout…

解析

ticker隻要定義完成,從此刻開始計時,不需要任何其他的操作,每隔固定時間都會觸發。

timer

package main
import (
        "fmt"
        "time"
)
func main() {
        d := time.Duration(time.Second*2)
        t := time.NewTimer(d)
        defer t.Stop()
        for {
                <- t.C
                fmt.Println("timeout...")
  // need reset
  t.Reset(time.Second*2)
        }
}

output:

timeout…

timeout…

timeout…

解析

使用timer定時器,超時後需要重置,才能繼續觸發。

ticker 例子展示

package main
import (
        "fmt"
        "time"
)
func main() {
        t := time.NewTicker(3*time.Second)
        defer t.Stop()
        fmt.Println(time.Now())
        time.Sleep(4*time.Second)
        for {
                select {
                case <-t.C:
                        fmt.Println(time.Now())
                }
        }
}

output:

2018-04-02 19:08:22.2797 +0800 CST

2018-04-02 19:08:26.3087 +0800 CST

2018-04-02 19:08:28.2797 +0800 CST

2018-04-02 19:08:31.2797 +0800 CST

2018-04-02 19:08:34.2797 +0800 CST

以上為個人經驗,希望能給大傢一個參考,也希望大傢多多支持WalkonNet。如有錯誤或未考慮完全的地方,望不吝賜教。

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