Go语言实现定时器的原理及使用详解

0. 前言

在进行并发编程时，有时候会需要定时功能，比如监控某个GO程是否会运行过长时间、定时打印日志等等。

GO标准库中的定时器主要有两种，一种为Timer定时器，一种为Ticker定时器。Timer计时器使用一次后，就失效了，需要Reset()才能再次生效。而Ticker计时器会一直生效，接下来分别对两种进行介绍。

1. Timer定时器

首先介绍一下GO定时器的实现原理。

在一个GO进程中，其中的所有计时器都是由一个运行着 timerproc() 函数的 goroutine 来保护。它使用时间堆（最小堆）的算法来保护所有的 Timer，其底层的数据结构基于数组的最小堆，堆顶的元素是间隔超时最近的 Timer，这个 goroutine 会定期 wake up，读取堆顶的 Timer，执行对应的 f 函数或者 sendtime()函数（下文会对这两个函数进行介绍），而后将其从堆顶移除。

接着看看Timer的结构：

type Timer struct {
    C <-chan Time
    // contains filtered or unexported fields
}

Timer中对外暴露的只有一个channel,这个 channel 也是定时器的核心。当计时结束时，Timer会发送值到channel中，外部环境在这个 channel 收到值的时候，就代表计时器超时了，可与select搭配执行一些超时逻辑。可以通过time.NewTimer、time.AfterFunc或者 time.Afte对一个Timer进行创建。

1.1 time.NewTimer() 和 time.After()

1.1.1 time.NewTimer()

查看以下简单的应用代码：

package main

import (
   "fmt"
   "time"
)
type H struct {
   t *time.Timer
}

func main()  {
   fmt.Println("main")
   h:=H{t: time.NewTimer(1*time.Second)}
   go h.timer()
   time.Sleep(10*time.Second)
}

func (h *H) timer()  {
   for  {
      select {
      case <-h.t.C:
         fmt.Println("timer")
      }
   }

}

我们创建了一个timer，设置时间为1S。然后使用一个select对timer的C进行接受，GO程运行timer()函数，会一直阻塞直到超时发生（接收到C的数据），此时打印timer。

Stop() 停止 Timer

func (t *Timer) Stop() bool

Stop() 是 Timer 的一个方法，调用 Stop()方法，会停止这个 Timer 的计时，使其失效，之后触发定时事件。

实际上，调用此方法后，此Timer会被从时间堆中移除。

Reset（）重置Timer

注意，Timer定时器超时一次后就不会再次运行，所以需要调用Reset函数进行重置。修改select中代码，在Case中添加一个重置的代码：

select {
case <-h.t.C:
   fmt.Println("timer")
   h.t.Reset(1*time.Second)
}

可以看到，会不停的打印timer，这是因为使用了Reset函数重置定时器。

注意！不能随意的对Reset方法进行调用，官网文档中特意强调：

For a Timer created with NewTimer, Reset should be invoked only on stopped or expired timers with drained channels.

大概的意思就是说，除非Timer已经被停止或者超时了，否则不要调用Reset方法，因为，如果这个 Timer 还没超时，不先去Stop它，而是直接Reset，那么旧的 Timer 仍然存在，并且仍可能会触发，会产生一些意料之外的事。所以通常使用如下的代码，安全的重置一个不知状态的Timer（以上的代码中，Reset调用时，总是处于超时状态）：

if !t.Stop() {
    select {
    case <-h.t.C: 
    default:
    }
}
h.t.Reset(1*time.Second)

1.1.2 time.After()

此方法就像是一个极简版的Timer使用，调用time.After()，会直接返回一个channel，当超时后，此channel会接受到一个值，简单使用如下：

package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

func main() {
	fmt.Println("main")
	go ticker()
	time.Sleep(100 * time.Second)
}

func ticker() {
	for {
		select {
		case <-time.After(1 * time.Second):
			fmt.Println("timer")
		}
	}
}

注意，此方法虽然简单，但是没有Reset方法来重置定时器，但是可以搭配for 和select的重复调用来模拟重置。

1.1.3 sendtime函数

NewTimer和After这两种创建方法，会Timer在超时后，执行一个标准库中内置的函数：sendTime，来将当前的时间发送到channel中。

1.2 time.AfterFunc

此方法可以接受一个func类型参数，在计时结束后，会运行此函数，查看以下代码，猜猜会出现什么结果？

package main

import (
   "fmt"
   "time"
)

func main() {
   fmt.Println("main")
   t := time.AfterFunc(1*time.Second, func() {
      fmt.Println("timer")
   })
   go timer(t)
   time.Sleep(10 * time.Second)
}
func timer(t *time.Timer) {
   select {
   case <-t.C:
      fmt.Println("123")
   }
}

结果只打印了main以及timer。这是因为此方法并不会调用上文提到的sendtime（）函数，即不会发送值给Timer的Channel，所以select就会一直阻塞。

f函数

特意将AfterFunc和以上的NewTimer和After，就是因为f函数的存在。这种方式创建的Timer，在到达超时时间后会在单独的goroutine里执行函数f，而不会执行sendtime函数。

注意，外部传入的f参数并非直接运行在timerproc中，而是启动了一个新的goroutine去执行此方法。

2. Ticker定时器

Ticker定时器可以周期性地不断地触发时间事件，不需要额外的Reset操作。

其使用方法与Timer大同小异。通过time.NewTicker对Ticker进行创建，简单的使用如下：

package main

import (
   "fmt"
   "time"
)

func main() {
   fmt.Println("main")
   t:=time.NewTicker(1*time.Second)
   go timer(t)
   time.Sleep(10 * time.Second)
}
func timer(t *time.Ticker) {
   for{
      select {
      case <-t.C:
         fmt.Println("timer")
      }
   }
}