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你应该掌握的 Go 高级并发模式:计时器

如果你认为结合 Goroutines 去处理时间和计数器很简单的话,那你就错了,这里有提到的一些与 time.Timer 相关的问题或 bug

作者:Go语言中文网来源:今日头条|2019-12-24 16:52

 

前言

如果你认为结合 Goroutines 去处理时间和计数器很简单的话,那你就错了,这里有提到的一些与 time.Timer 相关的问题或 bug:

  • time: Timer.Reset is not possible to use correctly #14038[1]
  • time: Timer.C can still trigger even after Timer.Reset is called #11513[2]
  • time: document proper usage of Timer.Stop #14383[3]

看完上面的链接内容后,如果你依然认为很简单,那来看看下面的代码,如下代码会产生死锁和竞争条件

  1. tm := time.NewTimer(1)tm.Reset(100 * time.Millisecond)<-tm.Cif !tm.Stop() {<-tm.C} 

死锁代码片段

  1. func toChanTimed(t *time.Timer, ch chan int) {t.Reset(1 * time.Second)defer func() {if !t.Stop() {<-t.C}}()select {case ch <- 42:case <-t.C:}} 

可能代码比较难懂,下面对相关方法进行阐述。

time.Ticker

  1. type Ticker struct {C <-chan Time // The channel on which the ticks are delivered.} 

Ticker 简单易用,但也有一些小问题

  • 如果 C 中已存在一条消息,则发送消息时将删除所有未读值。
  • 必须有停止操作:否则 GC 无法回收它
  • 设置 C 无用:消息仍将在原始的 channel 上发送。

time.Tick

time.Tick 是对 time.NewTicker 的封装。最好不要使用该方法,除非你准备将 chan 作为返回结果并在程序的整个生命周期中继续使用它。正如官方描述:

垃圾收集器无法恢复底层的 Ticker,出现 " 泄漏 ". 请谨慎使用,如有疑问请改用 Ticker。

time.After

这与 Tick 的概念基本相同,它是对 Timer 进行封装。一旦计时器被触发,它将被回收。请注意,计时器使用了缓存容量是 1 的通道,即使没有接收者,它仍可以进行计数。如上所述,如果您关心性能且希望能够取消计时,那么你不应该使用 After。

time.Timer ( 也称为 time.WhatTheFork?!)

对于 Go 来说这是一个比较奇怪的 API :NewTicker(Duration) 返回了一个 *Timer 类型,该类型仅暴露一个定义为 chan 类型的变量 C ,这点非常奇怪。

通常在 Go 语言中允许导出的字段意味着用户可以获取或设置该字段,而此处设置变量 C 并没有实际意义。相反:设置 C 并重置 Timer 并不会影响之前在 C 通道的消息传递。更糟糕的是:AfterFunc 返回的 Timer 根本不会使用到 C。

这样看来,Timer 很奇怪,以下是 API 的概述:

  1. type Timer struct {C <-chan Time}func AfterFunc(d Duration, f func()) *Timerfunc NewTimer(d Duration) *Timerfunc (*Timer) Stop(bool)func (*Timer) Reset(d Duration) bool 

四个非常简单的函数,其中两个是构造函数,有可能出错吗?

time.AfterFunc

官方文档:AfterFunc 持续时间超时后通过开 Goroutine 去调用 f 函数,返回一个 Timer 类型,以便通过 Stop 方法取消调用。

这么描述虽然没有问题,但需要注意:当调用 Stop 方法时,如果返回 false ,则表示该函数已经执行且停止失败。但并不意味着函数已经返回,你需要添加一些处理逻辑:

  1. done := make(chan struct{})f := func() {doStuff()close(done)}t := time.AfterFunc(1*time.Second, f)if !t.Stop() {<-done} 

这个在 Stop 文档中有相关说明。

除此之外,返回的计时器不会被触发,只能用于调用 Stop 方法。

  1. t := time.AfterFunc(1*time.Second, func() {fmt.Println("Time has passed!")})// This will deadlock.<-t.C 

此外,写这篇文章的时候,重置计时器会在传入重置函数的时间段过去后再次调用 f,但这种特性目前暂没有文档规范,未来可能会被改变。

time.NewTimer

官方文档 : NewTimer 实例化 Timer 结构体,在持续时间 d 之后发送当前时间至通道内 .

这意味着没有声明它就无法构建有效的 Timer 类型结构体。如果你需要构建一个以便后续重复使用,可以用该方法进行实例化,或者使用如下代码实现自主创建和停止计数器

  1. t := time.NewTimer(0)if !t.Stop() {<-t.C} 

你必须从 channel 中读取数据。假如在 New 和 Stop 调用期间触发了定时器,且 channel 存在未消费的数据, 则 C 会存在一个值。将导致后续读取均是错误的。

(*time.Timer).Stop

Stop 方法会阻止计时器触发。如果调用停止计时器的方法,则返回 true,如果计时器已超时或者已停止,则返回 false。

以上句子中的“或”非常重要。文档中所以关于 Stop 的示例都显示了以下代码片段:

  1. if !t.Stop() {<-t.C} 

关键点在于 "or" 它意味着有效 0 次或 1 次。对已消费完通道数据和在此期间未调用 Reset 进行过多次执行的情况,均是无效的。综上所述,当且仅当没有执行对通道数据的消费,Stop+drain 才是安全的。

在文档中体现如下:

例如:假设程序尚未从 t.C 接收数据:

此外,上面的模式不是线程安全的,因为当消费完通道数据时,Stop 返回的值可能已经过时了,两个 Goroutine 尝试消费通道 C 数据也会导致死锁。

(*time.Timer).Reset

这个方法更有意思,文档很长,你可以在这里[4] 进行查看

文档中一个有趣的摘录:

请注意,因为在清空 channel 和计数器到期之间存在竞争条件,我们无法正确使用 Reset 返回值。Reset 方法必须作用于已停止或已过期的 channel 上。

文档所提供 Reset 正确使用方法如下:

  1. if !t.Stop() {<-t.C}t.Reset(d) 

不能与来自通道的其他接收者同时使用 Stop 和 Reset 方法, 为了使 C 上传递的消息有效,C 应该在每次 重置 之前被消费完。

重置计时器而不清空它将使运行过程时丢弃该值,因为 C 缓存为 1,运行时对其他执行是有损发送[5]。

time.Timer: 把这些方法放在一起

  • Stop 仅作用在 New 和 Reset 方法之后才安全
  • Reset 仅在 Stop 方法后有效。
  • 只有在每次运行 Stop 后,channel 消费完时,所接收的值才是有效的。
  • 只有 channel 未被消费时,才允许清空 channel。

以下是计时器转换,使用和调用关系流程图:

你应该掌握的 Go 高级并发模式:计时器

timer.png

如下是一个正确复用计时器的例子,它解决了文章开头提到的一些问题:

  1. func toChanTimed(t *time.Timer, ch chan int) {t.Reset(1 * time.Second)// No defer, as we don't know which// case will be selectedselect {case ch <- 42:case <-t.C:// C is drained, early returnreturn}// We still need to check the return value// of Stop, because t could have fired// between the send on ch and this line.if !t.Stop() {<-t.C}} 

上述代码可以确保 toChanTimed 返回后可以重新使用计时器

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