Go中使用單調時鐘獲得準確的時間間隔問題

2022-06-02 14:04:32

牆上時鐘與單調時鐘

牆上時鐘

牆上時鐘也稱為牆上時間。大多是1970年1月1日（UTC）以來的秒數和毫秒數。

牆上時間可以和NTP（Network Time Protocal，網路時間協定）同步，但是如果本地時鐘遠遠快於NTP伺服器，則強制重置之後會跳到先前某個時間點。（這裡不是很確定，猜測是如果時間差的不多，則調整石英晶體振盪器的頻率，慢慢一致。如果差很多，則強行一致）

單調時鐘

機器大多有自己的石英晶體振盪器，並將其作為計時器。單調時鐘的絕對值沒有任何意義，根據作業系統和語言的不同，單調時鐘可能在程式開始時設為0、或在計算機啟動後設為0等等。但是通過比較同一臺計算機上兩次單調時鐘的差，可以獲得相對準確的時間間隔。

Time的結構

type Time struct {
    // wall and ext encode the wall time seconds, wall time nanoseconds,
    // and optional monotonic clock reading in nanoseconds.
    //
    // From high to low bit position, wall encodes a 1-bit flag (hasMonotonic),
    // a 33-bit seconds field, and a 30-bit wall time nanoseconds field.
    // The nanoseconds field is in the range [0, 999999999].
    // If the hasMonotonic bit is 0, then the 33-bit field must be zero
    // and the full signed 64-bit wall seconds since Jan 1 year 1 is stored in ext.
    // If the hasMonotonic bit is 1, then the 33-bit field holds a 33-bit
    // unsigned wall seconds since Jan 1 year 1885, and ext holds a
    // signed 64-bit monotonic clock reading, nanoseconds since process start.
    wall uint64
    ext  int64
    ...
 }

wall和ext共同記錄了時間，但是分為兩種情況，一種是沒有記錄單調時鐘（比如是通過字串解析得到的時間），另一種是記錄了單調時鐘（比如通過Now）。

wall的第一位是一個標記位

如果為1，則表示記錄了單調時鐘。則wall的2-34（閉區間）位記錄了從1885-1-1到現在的秒數，最後30位記錄了納秒數。而ext記錄了從程式開始執行到現在經過的單調時鐘數。

如果為0，則表示沒有記錄單調時鐘。則wall的2-34（閉區間）位全部為0（那最後30位是啥？）。而ext記錄了從1-1-1到現在經過的秒數。

Since的實現

這裡比較關鍵的程式碼是第914行的 runtimeNano() - startNano 。 startNano 的含義還是直接上程式碼比較明瞭。

var startNano = 0
 func init(){
     startNano = runtimeNano()
 }

runtimeNano() 是呼叫了組合，獲取了作業系統當前的單調時鐘。前面說過，單調時鐘的絕對值沒有什麼意義。因此這裡將兩個時間相減，得到了從程式開始到現在的單調時鐘。

然後看一下Sub

func (t Time) Sub(u Time) Duration {
    if t.wall&u.wall&hasMonotonic != 0 {
       te := t.ext
       ue := u.ext
       d := Duration(te - ue)
       if d < 0 && te > ue {
          return maxDuration // t - u is positive out of range
       }
       if d > 0 && te < ue {
          return minDuration // t - u is negative out of range
       }
       return d
    }
    d := Duration(t.sec()-u.sec())*Second + Duration(t.nsec()-u.nsec())
    // Check for overflow or underflow.
    switch {
    case u.Add(d).Equal(t):
       return d // d is correct
    case t.Before(u):
       return minDuration // t - u is negative out of range
    default:
       return maxDuration // t - u is positive out of range
    }
 }

這裡我們只需要關注2-13行即可。除去了範圍檢查，這裡的主要邏輯就是兩個Time的ext相減。而ext又都代表了單調時鐘，所以最後返回的是單調時鐘的差值。