详解Golang中NewTimer计时器的底层实现原理

Golang小白一枚，正在不断学习积累知识，现将学习到的知识记录一下，也是将我的所得分享给大家！而今天这篇文章《详解Golang中NewTimer计时器的底层实现原理》带大家来了解一下##content_title##，希望对大家的知识积累有所帮助，从而弥补自己的不足，助力实战开发！

1.简介

本文将介绍 Go 语言中的NewTimer，首先展示基于NewTimer创建的定时器来实现超时控制。接着通过一系列问题的跟进，展示了NewTimer的底层实现原理。

2.基本使用

我们首先通过一个简单的例子，来展示是怎么基于NewTimer实现超时控制的。

假设有一个需求，要求在 5 秒钟内完成某个任务，否则就认为任务失败。这时我们就可以使用 NewTimer 来实现超时控制。具体的实现步骤如下：

• 首先，基于NewTimer创建一个 Timer 对象，设定超时时间为 5 秒钟。
• 然后，启动一个 goroutine 来执行任务，并在任务完成后向通道发送一个完成信号。
• 最后，使用 select 语句等待 Timer 的到期事件或任务完成信号，如果 Timer 先到期，就认为任务超时了，否则就认为任务完成了。

下面是一个简单的实现代码展示：

package main

import (
        "fmt"
        "time"
)

func main() {
        // 创建一个定时器，超时时间为 5 秒钟
        timer := time.NewTimer(5 * time.Second)

        // 启动一个 goroutine 执行任务，并在任务完成后向通道发送一个完成信号
        done := make(chan bool, 1)
        go func() {
                // 模拟任务执行耗时
                time.Sleep(2 * time.Second)
                done 

在上述代码中，我们首先使用NewTimer创建了一个time.Timer对象，超时时间为 5 秒钟。然后启动一个 goroutine 来执行任务，并在任务完成后向通道 done 发送一个完成信号。最后使用 select 语句等待任务完成信号或者Timer的到期事件，如果Timer先到期，就认为任务超时了，否则就认为任务完成了。 在运行上述代码时，我们可以看到，在任务完成前 5 秒钟内，程序输出如下信息：

Task finished.

如果将任务完成时间改为超过 5 秒钟，程序将会在 5 秒钟后超时，输出如下信息：

Task timed out.

通过这个简单的例子，我们可以看到，如果任务在指定超时时间内完成，此时会执行正常的业务逻辑；如果任务未在指定的超时时间内完成，此时将走执行超时逻辑。

通过上述程序演示，我们展示了如何使用NewTimer创建的 time.Timer 实现超时控制的基本方法。

3.实现原理

3.1 内容分析

回顾上面的示例代码，我们实现超时控制的主要机制，是通过select语句同时监听两个channel，一个是任务执行状态的channel,一个是定时器的channel。

当任务执行完成时，便通过channel对主协程进行通知。当定时器到达我们指定的时间，也就是超时时间，此时也通过定时器的channel进行通知。

 同时监听这两个channel,如果任务先执行完成，此时将会走select语句中正常业务逻辑case的代码，如果是在到达预定时间，任务仍没有完成，此时通过定时器channel进行通知，从而走超时业务逻辑case的代码，从而实现超时控制。

因此，这里主要的问题是，是如何在到达超时时间时，准时往定时器中的C对应的channel发送送数据，从而来告知其他协程，已经到达超时时间了呢，这个是如何做到的呢?

3.2 基本思路

下面先来看看NewTimer方法返回Timer结构体的内容，定义如下:

type Timer struct {
   C 

可以看到，Timer结构体中C是一个chan Time类型的变量。在前面的代码的例子中，select语句是监听Timer结构体中的C变量，从中来读取数据的。

那么，当到达超时时间时，Timer中C对应的channel将会有数据到达，那么肯定有其他地方，在到达超时时间时，会往Timer中的C发送数据。

那么现在的主要问题，是怎么做到当到达指定时间时，往Timer中的C发送数据呢?

其实，在go语言中，存在这样一个运行时函数startTimer ，定义如下:

func startTimer(*runtimeTimer)

它的作用是启动一个定时器，当定时器到期时，会执行相应的回调函数并传递回调参数。在 startTimer 函数内部，会使用系统调用来启动一个底层的操作系统定时器，等到定时器超时时，底层系统会自动触发一个信号（例如 Unix 平台上的 SIGALRM 信号），然后该信号将由 Go 运行时内部的信号处理函数捕获，并最终调用相关的回调函数。

那么，这里我们似乎可以使用startTimer来实现，当到达指定时间时，往channel发送数据，从而达到通知其他协程的效果。

3.3 实现步骤

首先，我们已经知道，startTimer能够启动一个定时器，当定时器到期时，会执行相应的回调函数并传递回调参数。而定时器的到期时间、回调函数以及回调函数的参数，则是通过runtimeTimer结构体传递过去的。

下面我们只需要runtimeTimer字段的含义，然后根据其含义，正确设置runtimeTimer结构体字段，调用startTimer方法启动一个定时器，就能够实现在指定时间时，执行某段逻辑。下面我们来看看runtimeTime的定义:

type runtimeTimer struct {
   pp       uintptr
   when     int64
   period   int64
   f        func(any, uintptr) // NOTE: must not be closure
   arg      any
   seq      uintptr
   nextwhen int64
   status   uint32
}

下面对runtimeTimer中的字段进行说明:

• when int64：表示定时器应该在何时触发。该值的单位是纳秒
• period int64：表示定时器的重复周期。如果定时器不需要重复触发，则该值为 0
• f func(any, uintptr)：指向定时器到期后需要执行的函数。
• arg any：表示传递给定时器到期后执行的函数的参数，将传递给f的第一个参数
• nextwhen int64：如果定时器是重复触发的，则 nextwhen 表示下一次触发的时间。
• seq uintptr：用于防止定时器被错误的重置。当定时器被重置时，seq 会被更新。

基于对上面字段含义的理解，此时我们定义一个runtimeTimer结构体，然后调用startTimer，从而来实现能够在指定的某个时间点，往某个channel发送数据。具体实现如下:

// 定义一个channel,用于发送数据
c := make(chan Time, 1)
r := runtimeTimer{
      // 指定超时时间戳
      when: when(d),
      // 指定回调函数
      f: func sendTime(c any, seq uintptr) {
               select {
               case c.(chan Time) 

首先会创建一个带有缓冲的通道 c。

接着初始化runtimeTimer结构体的值，设定好超时时间，回调函数以及参数。超时时间使用的是when函数来获取计数器的结束时间。when 函数会根据给定的时间间隔 d，返回一个绝对时间点，即计时器结束时间。

f字段指定的回调函数，则是将当前时间 Now() 发送到通道 c 中。当到达指定超时时间时，其将会调用回调函数f，同时将runtimeTimer结构体中arg字段的值，作为参数传递到回调函数当中。

然后调用startTimer启动一个定时器。当到达超时时间，将会调用回调函数，回调函数其会往一开始定义的channel发送数据。

至此，我们实现了最开始提到的，当到达指定时间时，往Timer中的C发送数据这个任务。

3.4 NewTimer的实现

回到我们的题目，NewTimer计时器的底层实现原理是什么？事实上，NewTimer创建的定时器，也确实是基于startTimer来实现的，下面我们来看看其实现:

func NewTimer(d Duration) *Timer {
   c := make(chan Time, 1)
   t := &Timer{
      C: c,
      r: runtimeTimer{
         when: when(d),
         f:    sendTime,
         arg:  c,
      },
   }
   startTimer(&t.r)
   return t
}

首先会创建一个带有缓冲的通道 c。然后创建一个 Timer 对象 t，将 c 通道赋值给 t 的 C 属性。channel之后将作为回调函数的参数，同时也会作为Timer对象中C属性的值。这样子回调函数和Timer结构体中C变量与回调函数的channel事实上是共用一个channel的。

而runtimeTimer结构体中的回调函数sendTime的实现与之前讲述的并无差异，都是将当前时间 Now() 发送到通道中，这里将不再赘述。

而Timer结构体中C变量与回调函数的channel事实上是共用一个channel的，当到达超时时间，则会执行回调函数，往channel发送数据。而通过select语句对Timer中的channel进行监听的协程，此时也正常接收到通知了。

4.总结

在这篇文章中，我们首先展示了使用NewTimer创建一个定时器，然后基于此实现超时控制。我们发现，比较重要的一个机制是，timer对象是在到达超时时间时，timer对象中C对应的channel将会接收到数据。

timer对象在达到超时时间时，C属性对应的channel便能够接收到数据，这个是怎么做到的呢? 我们基于此进行了分析，事实上，首先是基于startTimer创建定时器，同时runtimeTimer结构体指定了回调函数,从而实现达到超时时间时，回调函数往C属性对应的channel发送数据。然后就能够基于该特性，能够实现超时控制等机制。

今天关于《详解Golang中NewTimer计时器的底层实现原理》的内容介绍就到此结束，如果有什么疑问或者建议，可以在golang学习网公众号下多多回复交流；文中若有不正之处，也希望回复留言以告知！