详解如何解决golang定时器引发的id重复问题
问题描述
线上服务日志中突然出现很多主键冲突的异常,而这个主键是一个int64的id,这个id的生成依赖了秒级时间戳和机器码.那么下面先把问题代码贴出来,由于具体分析较长,这里先简述下根因,后面不感兴趣可以不看
简述根因
本质上是golang运行时的单调时钟和物理世界的墙上时钟不一致导致的。
当golang的单调时钟跑过1s后,会获取墙上时钟并塞到ticker.C中,上述两个操作并不同时,也不是同一个时间。
【单调时钟没有单位】
- 在单调时钟1000的时候,隔了0,调用了time.Now(),得到了XX:XX:11:9999;
- 在单调时钟2000的时候,隔了2,调用了time.Now(),得到了XX:XX:12:0001;
- 在单调时钟3000的时候,隔了0,调用了time.Now(),得到了XX:XX:12:9999;
- 在单调时钟4000的时候,隔了3,调用了time.Now(),得到了XX:XX:14:0002;
我们对比1,2,发现间隔超过了1s。对比2,3,发现间隔小于1s。
问题代码
func init() { // 先设置最初的时间,保证基本的正确性 now := time.Now() updateUnixTimestamp(uint64(now.Unix())) var err error g, err = NewGenerator() if err != nil { panic(fmt.Sprintf("init default generator failed. err=%v", err)) } g2, err = NewGenerator() if err != nil { panic(fmt.Sprintf("init second default generator failed. err=%v", err)) } go func() { // sleep到下一秒开始,再创建一个ticker,尽量从某一秒的开始 time.Sleep(time.Until(time.Now().Truncate(time.Second).Add(time.Second))) tk := time.NewTicker(time.Second) // ticker的更新会从下一秒开始,当前的这一秒还是需要立刻更新 now = time.Now() updateUnixTimestamp(uint64(now.Unix())) for { // 拿到这个ticker chan返回的时间 now = <-tk.C updateUnixTimestamp(uint64(now.Unix())) } }() } // 为所有的generator设置时间counter func updateUnixTimestamp(timestamp uint64) { atomic.StoreUint64(&gUnixTimestamp, timestamp) tsHigh := timestamp << 32 gGeneratorsMutex.Lock() for i := range gGenerators { atomic.StoreUint64(&gGenerators[i].timestampCounter, tsHigh) } gGeneratorsMutex.Unlock() } func (i *Generator) NextUint64() uint64 { c := atomic.AddUint64(&i.timestampCounter, 1) return (c & high32) | ((c & low16) << 16) | i.Config.workerID16 }
根因分析
从上面的方法中可以看出,这个id生成依赖了秒级时间戳和机器码,机器码我们已经排查了不会重复,那么最可能得原因就是时间戳重复导致,起初我们怀疑是ntp服务问题导致的时间回退,但是排查后发现ntp并没有问题,我们把怀疑的方向转向go的timer实现,下面我们来看go的timer实现
timer实现
目前线上的服务使用的是Go 1.20版本,我们看下go 1.20版本的go ticker如何触发运行的,这里不会展示完整的timer实现链,如果想了解timer整体实现可以参考 深入解析go Timer 和Ticker实现原理
NewTicker
我们先看下ticker初始化,重点关注sendTime(也就是后续的f)
可以看到ticker是触发sendTime时才去获得的最新时间,并尝试塞给了channel,如果channel满了则丢弃
startTimer这个实现不再展示(使用的是runtime包的startTimer),大致逻辑是把这个timer绑定到proccesser上,并放到这个processer的timer堆中相应的位置上
func NewTicker(d Duration) *Ticker { if d <= 0 { panic(errors.New("non-positive interval for NewTicker")) } // Give the channel a 1-element time buffer. // If the client falls behind while reading, we drop ticks // on the floor until the client catches up. c := make(chan Time, 1) t := &Ticker{ C: c, r: runtimeTimer{ when: when(d), period: int64(d), f: sendTime, arg: c, }, } startTimer(&t.r) return t } // sendTime does a non-blocking send of the current time on c. func sendTime(c any, seq uintptr) { select { case c.(chan Time) <- Now(): default: } }
runtimer
我们看下1.20的go如何运行的timer
func runtimer(pp *p, now int64) int64 { for { t := pp.timers[0] if t.pp.ptr() != pp { throw("runtimer: bad p") } switch s := t.status.Load(); s { case timerWaiting: if t.when > now { // Not ready to run. return t.when } if !t.status.CompareAndSwap(s, timerRunning) { continue } // 重点就是这个方法 runOneTimer(pp, t, now) return 0 case timerDeleted: // 下面的逻辑对这个问题没有影响 忽略 ..... } } func runOneTimer(pp *p, t *timer, now int64) { f := t.f arg := t.arg seq := t.seq if t.period > 0 { // 对于ticker 会先设置下次运行的时间,然后重新触发堆排序 delta := t.when - now // t.when 一定小于等于 now,所以delta是个负数 // 整数除整数,得到的还是整数。 // delta一般会比t.period小特别多 (在1s的ticker下,t.period也已经是10^6了) // 所以这个除法的结果大概率是0,所以这里的加减不太影响 t.when t.when += t.period * (1 + -delta/t.period) if t.when < 0 { // check for overflow. t.when = maxWhen } siftdownTimer(pp.timers, 0) if !t.status.CompareAndSwap(timerRunning, timerWaiting) { badTimer() } updateTimer0When(pp) } else { // Remove from heap. dodeltimer0(pp) if !t.status.CompareAndSwap(timerRunning, timerNoStatus) { badTimer() } } unlock(&pp.timersLock) // 触发sendTimer f(arg, seq) lock(&pp.timersLock) }
从上面的代码其实就可以看到问题了,下次触发的时间和sendTime拿到的时间不是一致的,也就是说如果unlock或者其他操作执行的较慢,那很可能sendTime这次拿到的时间是比预期晚,而下次拿到的时间比预期早,正好这个id生成器尽量从整秒开始,当出现上面描述的情况就会出现两次在同一秒的情况,导致id重复,同时当go调度器较忙时,可能触发runtimer的时间比预期晚,这个时候相当于返回的时间大于1s了,很可能又把之前小于1s的误差追平了,这个时候如果再出现小于1s的情况,可能又会触发id重复。所以日志中会看到多次出现id重复问题
验证
我们写一个很简单的ticker
package main import ( "fmt" "time" ) func main() { // 为了更容易复现问题,这里尽量从接近整秒但不足整秒开始 time.Sleep(time.Until(time.Now().Truncate(time.Second).Add(999099999 * time.Nanosecond))) tick := time.NewTicker(1 * time.Second) for i := 0; i < 5; i++ { c := <-tick.C fmt.Println("tick", i, ":", c.Format(time.StampNano)) } }
然后修改sendTime方法,我们记录下上次触发的时间戳,然后和这次的时间戳比较
var pre int64 // sendTime does a non-blocking send of the current time on c. func sendTime(c any, seq uintptr) { var n = runtimeNano() println("send", n-pre) pre = n select { case c.(chan Time) <- Now(): default: } }
测试结果
可以看到这个sendTime的间隔先是不足1s后又超过1s,5次ticker中出现了2次落到同一秒的情况
观察上述的输出,和【简述根因】中的推演结果一致。结论成立。
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