定时器的实现

Go的定时器基于小顶堆（heap）数据结构和Goroutine 机制来高效管理定时任务。定时器的核心思想是尽可能减少不必要的轮询，并且利用堆来保持定时任务的有序性

  1. 定时器的核心数据结构 Golang 定时器的核心数据结构位于 runtime 包内，关键结构体包括：
  • runtimeTimer：定时器的底层数据结构，描述了每个定时任务的属性。
  • when: 任务应当触发的时间点（以纳秒为单位）。
  • period: 如果是周期性任务，表示间隔时间；否则为零。
  • f: 定时器触发时的回调函数。
  • arg: 传递给回调函数的参数。
  • status: 表示定时器的当前状态（激活、停止等）。
  • timerHeap：小顶堆数据结构，用来管理所有定时器。堆按 when 排序，最早触发的定时器在堆顶。
  1. time.Timer 和 time.Ticker
  • time.Timer：用于管理一次性定时任务，在指定时间点触发任务并执行回调。
  • time.Ticker：用于管理周期性定时任务，定期触发任务并执行回调。

两者的底层实现非常类似，都是基于 runtimeTimer，区别在于 Ticker 在每次触发任务后会重新计算下一次触发时间并继续使用。

sleep 的实现

我们通常使用 time.Sleep(1 * time.Second) 来将 goroutine 暂时休眠一段时间。sleep 操作在底层实现也是基于 timer 实现的。代码在 runtime/time.go#L84。有一些比较有意思的地方，单独拿出来讲下。 我们固然也可以这么做来实现 goroutine 的休眠:

timer := time.NewTimer(1 * time.Seconds)
<-timer.C

但 golang 底层显然不是这么做的，因为这样有两个明显的额外性能损耗。 每次调用 sleep 的时候，都要创建一个 timer 对象。 需要一个 channel 来传递事件。

既然都可以放在 runtime 里面做。golang 里面做的更加干净：

  • 每个 goroutine 底层的 G 对象上，都有一个 timer 属性，这是个 runtimeTimer 对象，专门给 sleep 使用。当第一次调用 sleep 的时候，会创建这个 runtimeTimer，之后 sleep 的时候会一直复用这个 timer 对象。
  • 调用 sleep 时候，触发 timer 后，直接调用 gopark，将当前 goroutine 挂起。
  • timerproc 调用 callback 的时候，不是像 timer 和 ticker 那样使用 sendTime 函数，而是直接调 goready 唤醒被挂起的 goroutine。
  • 这个做法和libco的poll实现几乎一样：sleep时切走协程，时间到了就唤醒协程。
func timeSleep(ns int64) {
	if ns <= 0 {
		return
	}

	gp := getg()
	t := gp.timer
	if t == nil {
		t = new(timer)
		gp.timer = t
	}
	t.f = goroutineReady
	t.arg = gp
	t.nextwhen = nanotime() + ns
	if t.nextwhen < 0 { // check for overflow.
		t.nextwhen = maxWhen
	}
	gopark(resetForSleep, unsafe.Pointer(t), waitReasonSleep, traceBlockSleep, 1)
}