golang中定时器cpu使用率高的现象详析

前言:

废话少说，上线一个用golang写的高频的任务派发系统，上线跑着很稳定，但有个缺点就是当没有任务的时候，cpu的消耗也在几个百分点。 平均值在3%左右的cpu使用率。你没有任务的时候，cpu还跑到3%，这个说不过去呀。通过查看进程pidstat捕获得知，system系统的cpu消耗也不少。

sys的cpu占用率高一般是由于大量的syscall系统调用引起的….

下面的截图是用strace统计出来的系统调用…. 我们发现  futex 和 pselect6 的syscall非常的多….  futex 是锁的调用，pselect6可以理解为select的加强版，除了我们不关心的信号掩码外，他是支持纳秒级别的定时器。

那我们知道，在golang里很多的锁操作，比如sync.Mutex 已经被抽象成 标志位及waitQueue，加runtime调度的模式。这也是所有协程框架会做的事情，抽象锁的操作，避免陷入内核上下文切换，使用协程内置的调度器，golang是通过runtime来做使这些Goroutine排队的唤醒和拿锁。  我们用户层除了cgo之外，是不容易调用futex syscall….  

有人说了，channel是有锁的，对的，channel的底层数据结构是有锁对象的，但是他的锁操作正如我上面说的那样，已经被抽象成atomic cas了, 不可能这么多futex的。

下面是火焰图的表现.

那我们先放弃futex的追查，先来排查下 pselect6为毛这么多？ 整个系统里看起来会用到超时逻辑的只有select了。  为了避免channel读写长时间阻塞，我们通常都会加一个定时器，比如使用 time.After, time.NewTicker, time.NewTimer …. 

测试定时器与futex及pselect6的关系

既然确定是 定时器的问题，那么我们来做测试下各种的组合，把协程数和定时器时间的精度提高来看。

下面是 300个协程，sleep 100ms 的cpu占用比.

下面是 800个协程，sleep 100ms的cpu占用比 .

下面是800个协程，sleep加长到1s 之后的cpu表现.

通过测试来看，只要把定时器的时间精度放到1秒，cpu占用率还是降低了不少….   所以说，有用 …

那么回到问题，前面说的 futex 怎么一回事？  跟定时器是否有联系？   答案是有联系的 .  定时器精度小的时候，futex锁操作次数相对应的变高。  反之，定时器提升到大几秒，futex边的更少了…  

那么问题又来了，定时器为什么会产生锁？ 定时器不外乎就那几个方法，小顶堆呀，红黑树呀…. golang使用堆来构建全局定时器，既然是堆，那么肯定就要有锁，开了几百个协程，如果有N个P，那么几百个协程会分派在不同的P上。 协程需要跑在线程上，那么这么多的线程去操作heap堆，自然就会有更多的锁冲突，锁操作了。

先前的cpu占用率高的代码样例:

# xiaorui.cc
 var ticker = time.NewTicker(100 * time.Millisecond)
 defer ticker.Stop()
 var counter = 0
 for {
  select {
  case <-serverDone:
   return
  case <-ticker.C:
   counter += 1
  }
 }
}

如何解决上面说的问题?

要么就不要用定时器

如果非要使用，可以把时间精度放大，或者 自定义定时器，比如开发一个时间轮，时间轮的刻度可以配置成一毫秒，这样可以收敛很多的定时任务。 时间轮也是各大公司推荐的方案。

可以参考下面时间轮的实现…

END

总结