Go timer如何调度_Golang

本篇文章剖析下 Go 定时器的相关内容。定时器不管是业务开发，还是基础架构开发，都是绕不过去的存在，由此可见定时器的重要程度。

我们不管用 NewTimer, timer.After，还是 timer.AfterFun 来初始化一个 timer, 这个 timer 最终都会加入到一个全局 timer 堆中，由 Go runtime 统一管理。

全局的 timer 堆也经历过三个阶段的重要升级。

Go 1.9 版本之前，所有的计时器由全局唯一的四叉堆维护，协程间竞争激烈。
Go 1.10 - 1.13，全局使用 64 个四叉堆维护全部的计时器，没有本质解决 1.9 版本之前的问题
Go 1.14 版本之后，每个 P 单独维护一个四叉堆。

Go 1.14 以后的 timer 性能得到了质的飞升，不过伴随而来的是 timer 成了 Go 里面最复杂、最难梳理的数据结构。本文不会详细分析每一个细节，我们从大体来了解 Go timer 的工作原理。

1. 使用场景

Go timer 在我们代码中会经常遇到。

场景1：RPC 调用的防超时处理（下面代码节选 dubbogo)

func (c *Client) Request(request *remoting.Request, timeout time.Duration, response *remoting.PendingResponse) error {
_, session, err := c.selectSession(c.addr)
// .. 省略
if totalLen, sendLen, err = c.transfer(session, request, timeout); err != nil {
if sendLen != 0 && totalLen != sendLen {
// .. 省略
}
return perrors.WithStack(err)
}
// .. 省略
select {
case <-getty.GetTimeWheel().After(timeout):
return perrors.WithStack(errClientReadTimeout)
case <-response.Done:
err = response.Err
}
return perrors.WithStack(err)
}

场景2：Context 的超时处理

func main() {
ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), 1*time.Second)
defer cancel()
go doSomething()
select {
case <-ctx.Done():
fmt.Println("main", ctx.Err())
}
}

2. 图解源码

2.1 四叉堆原理

timer 的全局堆是一个四叉堆，特别是 Go 1.14 之后每个 P 都会维护着一个四叉堆，减少了 Goroutine 之间的并发问题，提升了 timer 了性能。

四叉堆其实就是四叉树，Go timer 是如何维护四叉堆的呢？

Go runtime 调度 timer 时，触发时间更早的 timer，要减少其查询次数，尽快被触发。所以四叉树的父节点的触发时间是一定小于子节点的。
四叉树顾名思义最多有四个子节点，为了兼顾四叉树插、删除、重排速度，所以四个兄弟节点间并不要求其按触发早晚排序。

这里用两张动图简单演示下 timer 的插入和删除

把 timer 插入堆

Go timer如何调度

把 timer 从堆中删除

Go timer如何调度

2.2 timer 是如何被调度的？

调用 NewTimer，timer.After, timer.AfterFunc 生产 timer, 加入对应的 P 的堆上。

调用 timer.Stop, timer.Reset 改变对应的 timer 的状态。

GMP 在调度周期内中会调用 checkTimers ，遍历该 P 的 timer 堆上的元素，根据对应 timer 的状态执行真的操作。

Go timer如何调度

2.3 timer 是如何加入到 timer 堆上的？

把 timer 加入调度总共有下面几种方式：

通过 NewTimer, time.After, timer.AfterFunc 初始化 timer 后，相关 timer 就会被放入到对应 p 的 timer 堆上。
timer 已经被标记为 timerRemoved，调用了 timer.Reset(d)，这个 timer 也会重新被加入到 p 的 timer 堆上
timer 还没到需要被执行的时间，被调用了 timer.Reset(d)，这个 timer 会被 GMP 调度探测到，先将该 timer 从 timer 堆上删除，然后重新加入到 timer 堆上
STW 时，runtime 会释放不再使用的 p 的资源，p.destroy()->timer.moveTimers，将不再被使用的 p 的 timers 上有效的 timer(状态是：timerWaiting，timerModifiedEarlier，timerModifiedLater) 都重新加入到一个新的 p 的 timer 上

2.4 Reset 时 timer 是如何被操作的？

Reset 的目的是把 timer 重新加入到 timer 堆中，重新等待被触发。不过分为两种情况：

被标记为 timerRemoved 的 timer，这种 timer 是已经从 timer 堆上删除了，但会重新设置被触发时间，加入到 timer 堆中
等待被触发的 timer，在 Reset 函数中只会修改其触发时间和状态（timerModifiedEarlier或timerModifiedLater）。这个被修改状态的 timer 也同样会被重新加入到 timer堆上，不过是由 GMP 触发的，由 checkTimers 调用 adjusttimers 或者 runtimer 来执行的。

Go timer如何调度

2.5 Stop 时 timer 是如何被操作的？

time.Stop 为了让 timer 停止，不再被触发，也就是从 timer 堆上删除。不过 timer.Stop 并不会真正的从 p 的 timer 堆上删除 timer，只会将 timer 的状态修改为 timerDeleted。然后等待 GMP 触发的 adjusttimers 或者 runtimer 来执行。

真正删除 timer 的函数有两个 dodeltimer，dodeltimer0。

Go timer如何调度