定时器
定时器在Go语言开发中被广泛使用，准确掌握其用法和实现原理至关重要
Go语言提供了两种定时器
- 一次性定时器Timer：定时器只计时一次，计时结束便停止运行
- 周期性定时器Ticker：定时器周期性地进行计时，除非主动停止，否则将永久运行。
1 一次性定时器Timer
1.1 简介
Timer是一种单一事件的定时器，即经过指定的时间后触发一个事件，这个事件通过其本身提供的channel进行通知。
源码如下：
type Timer struct{ //Timer代表一次定时，时间到来后仅发生一个事件
c <-chan Time
r runtimeTimer
}
//通过timer.NewTimer(d Duration)创建一个Timer，参数是等待的时间，时间结束后触发时间
1.2 使用场景
1）设定超时时间
协程从管道读数据时，如果管道没有数据，将会被一直阻塞。我们不希望协程被一直阻塞，而是等待一个指定的时间，超时后就结束阻塞。
func WaitChannel(conn <-chan string) bool {
timer := time.NewTimer(1 * time.Second)
select {
case <- conn:
timer.Stop()
return true
case <- timer.C:
println("WaitChannel timeout!")
return false
}
}
2）延迟执行某个方法
func DelayFunction() bool {
timer := time.NewTimer(5 * time.Second)
select {
case <- timer.C:
println("Delayed 5s,start to do something")
}
}
1.3 Timer对外接口
1）创建定时器
func NewTimer(d Duration) *Timer方法指定一个时间即可创建一个Timer，Timer一经创建便开始计时，不需要额外的启动命令。
创建Timer意味把一个及时任务交给系统守护协程。该协程管理着所有的Timer，当Timer的时间到达后，Timer向管道中发送当前的时间作为事件。
2）停止定时器
Timer创建后可以随时停止：
func (t *Timer) Stop() bool
其返回值代表定时器有没有超时
- true ：定时器超时前停止，后续不会再发送事件
- false：定时器超时后停止
实际上，停止计时器意味着通知系统守护协程移除该定时器
3）重置定时器
已过期的定时器或已停止的计时器可以通过重置动作重新激活，重置方法如下：
func(t *Timer) Reset(d Duration) bool
重置的动作实质上是通知系统守护协程移除该定时器，重新设定时间后，再把定时器交给守护协程。
1.4 简单接口
timer包同时还提供了一些简单的方法，在特定的场景下可以优化代码
1）After()
只是想等待指定的时间，没有提前停止定时器的需求，也没有复用该定时器的需求，那么可以使用匿名的定时器。
func After(d Duration) <-chan Time方法创建一个定时器，返回定时器的管道
func AfterDemo(){
log.Println(time.Now())
<- time.After(1*time.Second)
log.Println(time.Now())
}
两条打印的时间间隔为1s。
2)AfterFunc()
前面的例子中讲到延迟一个方法的调用，实际上可以通过AfterFunc更为简介
func AfterFunc(d Duration,f func()) *Timer
该方法会在指定时间到来后执行函数f
func AfterFuncDemo(){
log.Println("AfterFuncDemo start: ",time.Now())
time.AfterFunc(1 * time.Second,func(){
log.Println("AfterFuncDemo end：",time.Now())
})
time.Sleep(2 * time.Second) // 等待协程退出
}
上面两个例子都是打印出两个时间，但是time.AfterFunc()是异步执行的，而上一个例子是同步执行的。
2.实现原理
2.1 数据结构
1）Timer
type Timer struct{
C <-chan Time //管道，上层应用根据此管道接收事件
r runtimeTimer //running定时器，该定时器即系统管理的警示器，对上层应用不可见
}
2）runtimeTimer
创建一个Timer实质上是把一个定时任务交给专门的协程进行监控，这个任务的载体便是runtimeTimer。
简单地讲，没创建一个Timer意味着创建了一个runtimeTimer变量，然后把它交给系统进行监控。我们通过设置runtimeTimer过期后的行为来达到定时的目的。
type runtimeTimer struct{
tb uintptr //存储当前定时器的数组地址
i int //存储当前定时器的数组下标
when int64 //当前定时器触发时间
period int64 //当前定时器周期性触发间隔（对于Timer来说，恒为0）
f func(interface{}, uintptr) //定时器触发时执行的回调函数
arg interface{} //定时器触发时执行回调函数传递的参数1
seq uintptr //定时器触发时执行回调函数传递的参数2（该参数只在网络收发场景下使用）
}
2.2 实现原理
一个进程中的多个Timer都由底层的协程来管理，为了描述方面，我们把这个协程称为系统协程。
runtimeTimer存放在数组中，并按照when字段对所有的runtimeTimer进行堆排序，定时器触发时执行runtimeTimer中的预定义函数f，即完成了一次定时任务。
1）创建Timer
func NewTimer(d Duration) *Timer{
c := make(chan Time,1) //创建一个通道
t := &Timer{
C:c,
r:runtimeTimer{
when: when(d), //触发时间
f: sendTime, //触发后执行snedTime函数
arg: c, //触发后执行sendTime函数时附带的参数
},
}
startTimer(&t,r) //启动定时器，只是把runtimeTimer放到系统协程的堆中，由系统协程维护
return t
}
- NewTimer构造了一个Timer
- 把Timer.r通过startTimer交给系统协程维护
- when计算下一次定时器触发的绝对时间，即当前时间+d
- sendTime方法是定时器触发时的动作
func sendTime(c interface{}, seq uintptr){
select{
case c.(chan Time) <- Now():
default:
}
}
创建Timer时生成的管道含有一个缓冲区(make(chan Time, 1))，所以Timer触发时间管道写入事件永远不会阻塞,sendTime写完即退出。
之所以sendTime()使用select并搭配一个空的default分支，是因为后面的Ticker也复用sendTime()，Ticker触发时也会向管道中写入时间，但无法保证之前的数据已被取走，如果管道中还有值，则本次不再向管道中写入时间，将本次触发的事件直接丢弃。
startTimer(&t.r)的具体实现在runtime包中，其主要作用是把runtimeTimer写入系统协程的数组中，并启动系统协程（之后会介绍）
2）停止Timer
- stopTimer即通知系统协程吧该Timer移除，即不再监控。
- 系统协程只是移除Timer，并不会关闭通道，以避免用户协程读取错误
func (t *Timer) Stop() bool{
return stopTimer(&t.r)
}
3）重置Timer
重置Timer时会先把Timer从系统协程中删除，修改新的时间后重新添加到系统协程中。
func (t *Timer) Reset(d Duration) bool{
w := when(d)
active := stopTimer(&t.r)
t.r.when = w
startTimer(&t.r)
return active
}
其返回值与Stop一致，如果Timer成功停止，返回true。如果已经触发，返回false
注意：按照官方的说法，Reset()应该作用于已经停止的Timer或已经触发Timer。其返回值应该总是false，如果不按照次约定使用Reset()，则有可能遇到Reset()和Timer触发后同时执行的情况，此时有可能会收到两个事件，对应用程序造成负面影响。
2.3 小结
- NewTimer()创建一个新的Timer交给系统协程监控
- Stop()通知系统协程删除指定的Timer
- Reset()通知系统协程删除指定的Timer并再添加一个新的Timer
3. 周期性定时器(Ticker)
3.1 简介
Ticker是一种周期性定时器，即周期性触发一个事件，这个事件通过其本身提供的channel进行通知，对外仅暴露一个channel。
源码如下：
type Ticker struct{ //Timer代表一次定时，时间到来后仅发生一个事件
c <-chan Time
r runtimeTimer
}
3.2 使用场景
1）简单的定时任务
下面的代码演示每隔1s记录一次日志
func TickerDemo() {
timer := time.NewTicker(1 * time.Second)
defer ticker.Stop()
for range ticker.C{
log.Println("Ticker tick.")
}
}
2）定时聚合任务
有时我们希望把一些任务打包进行批量处理。比如，公交车发车场景：
- 公交车每隔5分钟发一班，不管是否已坐满乘客
- 已坐满乘客情况下，不足5分钟也发车
func TickerLanch() bool {
ticker := time.NewTicker(5 * time.Second)
defer ticker.Stop()
maxPassenger := 30 //没车最大装载人数
passengers := make([]string,0,maxPassenger)
for {
passenger := GetNewPassenger()//获取一个新乘客
if passenger != ""{
passenger = append(passengers,passenger)
}else {
time.Sleep(1*time.Second)
}
select {
case <- ticker.C: // 时间到，发车
Launch(passengers)
passengers = []string{}
default:
if len(passengers) >= maxPassenger{//时间没到，车已满座，发车
Launch(passengers)
passengers = []string{}
}
}
}
}
3.3 Timer对外接口
1）创建定时器
func NewTicker(d Duration) *Ticker方法指定一个时间即可创建一个Ticker
参数d为定时器事件触发的周期
2）停止定时器
Ticker创建后可以随时停止：
func (t *Ticker) Stop()
该方法会停止计时，意味着不会向定时器的管道中写入事件，但管道并不会被关闭。管道在使用完，生命周期结束后自动释放。
Ticker在使用完后务必要释放，否则会产生资源泄漏，会持续消耗CPU资源
3.4 简单接口
timer包同时还提供了一些简单的方法，在特定的场景下可以优化代码
1）Tick()
func Tick(d Duration) <-chan Time返回定时器的管道
函数的内部创建了一个Ticker，但并不会返回，所以没有手段来停止该Ticker
3.5 小结
Ticker的相关内容总结如下：
- 使用time.NewTicker()创建一个定时器
- 使用Stop停止一个定时器
- 定时器使用完毕要释放，否则会产生资源泄漏
4.实现原理
Ticker与之前讲的Timer几乎完全相同，数据结构和实现内部机制都相同，唯一不同的是创建方式。
4.1 数据结构
1）Ticker
数据结构和Timer完全一致
type Ticker struct{
c <-chan Time
r runtimeTimer
}
2）runtimeTimer
也与Timer完全一致
4.2 实现原理
1）创建Ticker
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),
//根据这个产生决定Timer是一次性的，还是周期性的
period: int64(d),//Ticker跟Timer的重要区别就上提供了period参数
f: sendTime,
arg: c,
}
}
startTime(&t.r)
return t
}
NewTicker()只是构造了一个Ticker，然后吧Ticker.r通过startTime交给了系统协程维护，其中period为事件触发的周期，sendTime方法便是定时器触发时的动作
func sendTime(c interface{}, seq uintptr){
select{
case c.(chan Time) <- Now():
default:
}
}
sendTime函数中每隔一段时间就向管道中写入当前时间，如果缓冲区内的数据未被即时取走，那么也不会阻塞，而是直接退出，会造成本次事件丢失的后果。
2）停止Ticker
停止Ticker时只是简单地把Ticker从系统协程中移除，但并不会关闭通道，以免用户协程读取错误。
func (t *Ticker) Stop(){
stopTimer(&t.r)
}
该函数不需要返回值。
4.3 小结
- NewTicker()创建一个新的Ticker交给系统协程监控
- Stop()通知系统协程删除指定的Ticker