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Golang 定時器Timer 與Ticker的使用方法？相信很多沒有經驗的人對此束手無策，為此本文總結了問題出現的原因和解決方法，通過這篇文章希望你能解決這個問題。
定時器是什么
Golang 原生 time 包下可以用來執行一些定時任務或者是周期性的任務的一個工具
本文基于 Go 1.14，如果以下文章有哪里不對或者問題的地方，歡迎討論學習
定時器的日常使用
Timer 相關
func NewTimer(d Duration) *Timer
func (t *Timer) Reset(d Duration) bool
func (t *Timer) Stop() bool
func After(d Duration) <-chan Time
func AfterFunc(d Duration, f func()) *Timer
func main() {
timer := time.NewTimer(3 * time.Second)
select {
case <-timer.C:
fmt.Println("3秒執行任務")
}
timer.Stop() // 這里來提高 timer 的回收
}
func main() {
tChannel := time.After(3 * time.Second) // 其內部其實是生成了一個 timer
select {
case <-tChannel:
fmt.Println("3秒執行任務")
}
}
func main() {
timer := time.NewTimer(3 * time.Second)
for {
timer.Reset(4 * time.Second) // 這樣來復用 timer 和修改執行時間
select {
case <-timer.C:
fmt.Println("每隔4秒執行任務")
}
}
}注意事項：
錯誤使用：time.After 這里會不斷生成 timer，雖然最終會回收，但是會造成無意義的cpu資源消耗
func main() {
for {
select {
case <-time.After(3 * time.Second):
fmt.Println("每隔3秒執行一次")
}
}
}正確使用：
func main() {
timer := time.NewTimer(3 * time.Second)
for {
timer.Reset(3 * time.Second) // 這里復用了 timer
select {
case <-timer.C:
fmt.Println("每隔3秒執行一次")
}
}
}Ticker 相關
func NewTicker(d Duration) *Ticker
func Tick(d Duration) <-chan Time
func (t *Ticker) Stop()
func main() {
ticker := time.NewTicker(3 * time.Second)
for range ticker.C {
fmt.Print("每隔3秒執行任務")
}
ticker.Stop()
}錯誤使用：
func main() {
for {
select {
case <-time.Tick(3 * time.Second): // 這里會不斷生成 ticker，而且 ticker 會進行重新調度，造成泄漏（后面源碼會有解析）
fmt.Println("每隔3秒執行一次")
}
}
}定時器源碼分析
我先給出涉及到過程的相關結構體（！！！要注意 Timer 和 timer 的不同）
type Timer struct {
C <-chan Time
r runtimeTimer
}
​
// Ticker 的結構與 Timer 一致
type Ticker struct {
C <-chan Time // 這里就是返回的 channel
r runtimeTimer
}
​
// If this struct changes,
// adjust ../time/sleep.go:/runtimeTimer.
// 這里是與 runtimeTimer 對應的
type timer struct {
pp puintptr // 對應的當前 P 的指針
when int64 // 需要執行的時間
period int64 // 周期，Ticker 會使用
f func(interface{}, uintptr) // 給 channel 推送信息的方式
arg interface{} // 與 f 相關的第一個參數，可以看下面 Ticker 的例子
seq uintptr // 與 f 相關的第二個參數（后續我們可以看到）
nextwhen int64 // 下次執行的時候
status uint32 // 當前狀態
}
​
​
// P 結構體中的相關 timer 的字段
type p struct {
...
timersLock mutex // 一個 P 中保證 timers 同步鎖
​
timers []*timer // timers 是四叉小頂堆（后續代碼會有說明）
​
numTimers uint32 // timer 的數量
​
adjustTimers uint32 // 需要調整的 timer 的數量
​
deletedTimers uint32 // 需要刪除的 timer 的數量
...
}我們以 Ticker 為切入點
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),//當前時間+d的時間，可看下面
period: int64(d),//執行周期
f: sendTime,
arg: c, // 就是 f 中第一個參數
},
}
startTimer(&t.r)
return t
}
​
func when(d Duration) int64 {
if d <= 0 {
return runtimeNano()
}
t := runtimeNano() + int64(d) //當前時間加上需要等待的時間
if t < 0 {
t = 1<<63 - 1 // math.MaxInt64
}
return t
}
​
func sendTime(c interface{}, seq uintptr) {
select {
case c.(chan Time) <- Now():
default:
}
}從 NewTicker 中我們可以看到，開始執行是在 startTimer()，我們進去看下
addtimer
// startTimer adds t to the timer heap.
// 這里已經說明了 timers 是一種堆的數據結構，由于是定時器，
// 最近的最先執行，所以猜測以 when 來判斷的小頂堆
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) // 根據 timer 刪除和修改狀態進行操作，可以看下面源碼相關
doaddtimer(pp, t)// 添加 timer 的到 timers 堆
unlock(&pp.timersLock)
​
wakeNetPoller(when)
}
// 清理 timers 的源碼部分
func cleantimers(pp *p) {
for {
if len(pp.timers) == 0 {
return
}
t := pp.timers[0]// 從 0 開始，即最小的堆頂開始
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 變更為 timerRemoving
continue
}
dodeltimer0(pp) // 這里是刪除 timer 的關鍵部分，刪除堆頂的部分并調整
if !atomic.Cas(&t.status, timerRemoving, timerRemoved) { // stauts 變更為 timerRemoved
badTimer() // 這里就是 throw 一個異常
}
atomic.Xadd(&pp.deletedTimers, -1)
case timerModifiedEarlier, timerModifiedLater:
if !atomic.Cas(&t.status, s, timerMoving) { // stauts 變更為 timerMoving
continue
}
t.when = t.nextwhen // 將執行時間設置為其下次執行的時候
// -----刪除堆頂位置，并按照其新的執行時間加入到對應的位置
dodeltimer0(pp)
doaddtimer(pp, t) // 添加 timer 的關鍵部分
// ------------
if s == timerModifiedEarlier {
atomic.Xadd(&pp.adjustTimers, -1)
}
if !atomic.Cas(&t.status, timerMoving, timerWaiting) {
badTimer()
}
default:
return
}
}
}
​
// timer 刪除的源碼部分
//（擴充：func dodeltimer(pp *p, i int) 意思就是刪除指定所索引
// 的位置，然后恢復小頂堆的結構，可以看源碼，就不解釋了）
func dodeltimer0(pp *p) {
if t := pp.timers[0]; t.pp.ptr() != pp {
throw("dodeltimer0: wrong P")
} else {
t.pp = 0 // 這里將指針情況
}
// --- 將堆的最后一位 timer 放到堆頂，然后清空最后一位的空間，然后向下調整---
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)//向下調整的核心部分
}
// ---------------------
updateTimer0When(pp) //更新當前 p 的最先執行 timer 的執行時間
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 增加的源碼部分
func doaddtimer(pp *p, t *timer) {
...
if t.pp != 0 {
throw("doaddtimer: P already set in timer")
}
t.pp.set(pp)
// --- 將 timer 放置到堆的最后一位，然后向上調整 ---
i := len(pp.timers)
pp.timers = append(pp.timers, t)
siftupTimer(pp.timers, i)// 向上調整的核心部分
// ---------------------------
if t == pp.timers[0] {
atomic.Store64(&pp.timer0When, uint64(t.when))
}
atomic.Xadd(&pp.numTimers, 1)
}當我們已知 timers 是小頂堆的數據結構（滿足“當前位置的值小于等于父位置的值“即可，實現方式使用數組，由下面代碼可以知道是四叉小頂堆，結構如下圖）的情況后，接下來看堆向上或者向下調整的細節部分
// timers 堆的向上調整
func siftupTimer(t []*timer, i int) {
...
when := t[i].when
tmp := t[i]
for i > 0 {
p := (i - 1) / 4 // 由這里可以看出，堆的節點長度是4
if when >= t[p].when {
break
}
// --- 向上進行調整，即父節點下移，當前節點上移 ---
t[i] = t[p]
i = p
//向上進行調整
}
if tmp != t[i] {
t[i] = tmp
}
}
​
//timers 堆的向下調整
func siftdownTimer(t []*timer, i int) {
n := len(t)
if i >= n {
badTimer()
}
when := t[i].when
tmp := t[i]
for {
// --- 以下部分就是找到當前4個節點中最小的那個值和在數組的位置 -----
c := i*4 + 1 // 這里是子節點最左邊的節點
c3 := c + 2 // 這里是子節點第三個節點
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
}
// --- 向下進行調整，即子節點上移，當前節點下移 ---
t[i] = t[c]
i = c
// ---------------
}
if tmp != t[i] {
t[i] = tmp
}
}既然已經知道timer放到四叉小頂堆，那 timer 是怎么執行的呢？接下來就是定時器的核心部分入口 runtimer()
runtimer
// 這里執行的前提是當前 P 的 timesLock 已經鎖了，所以不用擔心并發問題
func runtimer(pp *p, now int64) int64 {
for {
t := pp.timers[0] //找到 timers 堆的堆頂，為最先執行的 timer
if t.pp.ptr() != pp {
throw("runtimer: bad p")
}
switch s := atomic.Load(&t.status); s {
case timerWaiting:
if t.when > now { //如果還沒到時間，則返回調用的時間
return t.when
}
​
if !atomic.Cas(&t.status, s, timerRunning) {
continue
}
runOneTimer(pp, t, now)// 這里是執行timer的核心
return 0
​
case timerDeleted:
if !atomic.Cas(&t.status, s, timerRemoving) {
continue
}
dodeltimer0(pp) //刪除 timers 堆頂的 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
}
//刪除堆頂的位置，調整 timer 到最新的時間，以及進行重新調整
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()
}
}
}因此我們知道了執行的核心流程是 runOneTimer()
runOneTimer
// 由于是 runtimer 進行調用，因此也線程安全
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，則算出下次 timer 執行的時間，并加入到對應的位置（這里就是 Ticker 和 Timer 的區別）
delta := t.when - now
t.when += t.period * (1 + -delta/t.period)
siftdownTimer(pp.timers, 0)// 將四叉小頂堆向下調整
if !atomic.Cas(&t.status, timerRunning, timerWaiting) {
badTimer()
}
updateTimer0When(pp)//更新當前 P 的最先的 timer 的執行時間
} else {
// 從堆頂位置上刪除 timer，并調整
dodeltimer0(pp)
if !atomic.Cas(&t.status, timerRunning, timerNoStatus) {
badTimer()
}
}
...
​
unlock(&pp.timersLock)
​
f(arg, seq) // 執行對應的 f，這里就是我們 Timer.C 來的地方
​
lock(&pp.timersLock)
​
...
}從 runtimer 的調用，我們知道執行的入口是 checkTimers()，我們詳細看下
checkTimers
我們可以看下圖，由下圖可知，是通過 Go 里面的調度中去尋找可執行的 timer
我們看下 checkTimers 做了什么
func checkTimers(pp *p, now int64) (rnow, pollUntil int64, ran bool) {
if atomic.Load(&pp.adjustTimers) == 0 {// 如果沒有需要可調整的，則直接返回最先執行 timer 的時間
next := int64(atomic.Load64(&pp.timer0When))
if next == 0 {
return now, 0, false
}
if now == 0 {
now = nanotime()
}
if now < next { // 表示還沒有到執行時間
if pp != getg().m.p.ptr() || int(atomic.Load(&pp.deletedTimers)) <= int(atomic.Load(&pp.numTimers)/4) { //且要刪除的 Timer數量小于 Timer總數的1/4
return now, next, false
}
}
}
​
lock(&pp.timersLock)
​
adjusttimers(pp)// 可以看下面的源碼解析，當前 p 上的所有 timers 的狀態，該刪除的刪了，該調整的調整
​
rnow = now
if len(pp.timers) > 0 {
if rnow == 0 {
rnow = nanotime()
}
for len(pp.timers) > 0 {
if tw := runtimer(pp, rnow); tw != 0 { // 通過 runtimer（可以看上面的源碼解析） 開始調用
if tw > 0 {
pollUntil = tw
}
break
}
ran = true
}
}
// 如果可刪除的 Timers 大于 Timer總數量的1/4，則進行刪除（因為上面執行了 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 { // 如果需要調整的 Timer 為 0，則直接返回
...
return
}
var moved []*timer
loop:
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: // 這里就是將部分需要刪除的 Timer 給清理掉
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: // 把需要調整 Timer 放到 moved 中，然后刪除當前堆的數據進行堆調整，后續將 moved 通過 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) // 這里就是將需要調整的 timer 重新添加進來
}
​
...
}addAdjustedTimers
func addAdjustedTimers(pp *p, moved []*timer) {
for _, t := range moved {
doaddtimer(pp, t)// 上文有源碼解析
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.timers
nextTimer:
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: // 將 timer 狀態調整成 timeWaiting，將其放至其正確的執行時間位置
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: // 將 timerDeleted 轉變成 timerRemoved，然后從 timers 堆中刪掉（在當前函數后面可以看出）
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()
}
}
}
​
// 在這里對于剩余的空間 設置為 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)
​
// 在這里進行一次大清理
timers = timers[:to]
pp.timers = timers
updateTimer0When(pp)
​
...
}大致執行的情況我們看好了，那我們接下來看 Stop() 的源碼部分
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: //將 timer 的 status變更為 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: //將 timer 的 status 變更為 timerDeleted，然后 adjustTimers 減 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()
}
}
}后續調度中， Timer 的狀態可以從 timerDeleted 設置成 timerRemoved 并從 timers 堆中去除（注意，這里用了“可以”，可以看上面的狀態圖了解）
在復用 Timer 的時候，我們經常使用 Reset()，我們來看下源碼部分是怎么樣的
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) // 這里我們上面源碼解釋過了，即將當前的 timer 的 status 設置成 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 *m
loop:
for {
// 主要的目的就是將當前的 timer 的狀態設置成 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 { // 如果是已經被移除的，則要重新加回到 timers 中，且狀態變更為 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 { //判斷這次新的時間是老的時間的前還是后
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) { // 將當前 timer 設置成 timerModifiedEarlier/timerModifiedEarlier
badTimer()
}
releasem(mp)
​
if newStatus == timerModifiedEarlier {
wakeNetPoller(when)
}
}
}看完上述內容，你們掌握Golang 定時器Timer 與Ticker的使用方法的方法了嗎？如果還想學到更多技能或想了解更多相關內容，歡迎關注億速云行業資訊頻道，感謝各位的閱讀！
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