发现一个开源项目优化点，点进来就是你的了

hello，大家好呀，我是小楼。

最近无聊（摸）闲逛（鱼）github 时，发现了一个阿里开源项目可以贡献代码的地方。

不是写单测、改代码格式那种，而是比较有挑战的性能优化，最关键的是还不难，仔细看完本文后，有点基础就能写出来的那种，话不多说，发车！

相信大家在日常写代码获取时间戳时，会写出如下代码:

long ts = System.currentTimeMillis();

读者中还有一些 Gopher，我们用 Go 也写一遍：

UnixTimeUnitOffset = uint64(time.Millisecond / time.Nanosecond)ts := uint64(time.Now().UnixNano()) / UnixTimeUnitOffset

在一般情况下这么写，或者说在 99%的情况下这么写一点问题都没有，但有位大佬研究了 Java 下时间戳的获取：

http://pzemtsov.github.io/2017/07/23/the-slow-currenttimemillis.html

他得出了一个结论：并发越高，获取时间戳越慢！

具体到细节咱也不是很懂，大概原因是由于只有一个全局时钟源，高并发或频繁访问会造成严重的争用。

缓存时间戳

我最早接触到用缓存时间戳的方式来优化是在 Cobar 这个项目中：

https://github.com/alibaba/cobar

由于 Cobar 是一款数据库中间件，它的 QPS 可能会非常高，所以才有了这个优化，我们瞅一眼他的实现：

• 起一个单独的线程每隔 20ms 获取一次时间戳并缓存起来

• 使用时间戳时直接取缓存

https://github.com/alibaba/cobar/blob/master/server/src/main/server/com/alibaba/cobar/util/TimeUtil.java

/** * 弱精度的计时器，考虑性能不使用同步策略。 *  * @author xianmao.hexm 2011-1-18 下午06:10:55 */public class TimeUtil {    private static long CURRENT_TIME = System.currentTimeMillis();
    public static final long currentTimeMillis() {        return CURRENT_TIME;    }
    public static final void update() {        CURRENT_TIME = System.currentTimeMillis();    }}

https://github.com/alibaba/cobar/blob/master/server/src/main/server/com/alibaba/cobar/CobarServer.java

timer.schedule(updateTime(), 0L, TIME_UPDATE_PERIOD); // TIME_UPDATE_PERIOD 是 20ms...// 系统时间定时更新任务private TimerTask updateTime() {    return new TimerTask() {        @Override        public void run() {            TimeUtil.update();        }    };}

Cobar 之所以这么干，一是因为往往他的 QPS 非常高，这样可以减少获取时间戳的 CPU 消耗或者耗时；其次是这个时间戳在 Cobar 内部只做统计使用，就算不准确也并无大碍，从实现上看也确实是弱精度。

后来我也在其他的代码中看到了类似的实现，比如 Sentinel（不是 Redis 的 Sentinel，而是阿里开源的限流熔断利器 Sentinel）。

Sentinel 作为一款限流熔断的工具，自然是自身的开销越小越好，于是同样都是出自阿里的 Sentinel 也用了和 Cobar 类似的实现：缓存时间戳。

原因也很简单，尽可能减少对系统资源的消耗，获取时间戳的性能要更优秀，但又不能和 Cobar 那样搞个弱精度的时间戳，因为 Sentinel 获取到的时间戳很可能就决定了一次请求是否被限流、熔断。

所以解决办法也很简单，直接将缓存时间戳的间隔改成1毫秒

去年我还写过一篇文章《低开销获取时间戳》，里面有 Sentinel 这段代码：

甚至后来的 Sentinel-Go 也采取了一模一样的逻辑：

以前没有多想，认为这样并没有什么不妥。

直到前两天晚上，没事在 Sentinel-Go 社区中瞎逛，看到了一个 issue，大受震撼：

https://github.com/alibaba/sentinel-golang/issues/441

提出这位 issue 的大佬在第一段就给出了非常有见解的观点：

说的比较委婉，什么叫「负向收益」？

我又搜索了一下，找到了这个 issue：

https://github.com/alibaba/Sentinel/issues/1702

TimeUtil 吃掉了 50%的 CPU，这就是「负向收益」，还是比较震惊的！

看到这个 issue，我简单地想了下：

• 耗时：获取时间戳在一般情况下耗时几乎都不会影响到系统，尤其是我们常写的业务系统

• CPU：假设每毫秒缓存一次时间戳，抛开其他开销不说，每秒就有 1000 次获取时间戳的调用，如果每次请求中只有 1 次获取时间戳的操作，那么至少得有 1000QPS 的请求，才能填平缓存时间戳的开销，况且还有其他开销

但这只是我们的想当然，如果有数据支撑就又说服力了。为此前面提出「负向收益」的大佬做了一系列分析和测试，我们白嫖一下他的成果：

看完后我跪在原地，久久不能起身。

课代表来做个总结：

• 缓存时间戳开销最大的地方是 sleep 和获取时间戳

• 理论上来说单机 QPS 需要大于 4800 才会有正向收益，真实测试结果也是在 4000QPS 以内都没有正向收益

• 如果不要这个缓存时间戳，获取时间戳耗时会增加，但这在可接受范围内

• 鉴于常规情况下 QPS 很少会达到 4K，所以最后结论是在 Sentinel-Go 中默认禁用这个特性

这一顿操作下来，连 Sentinel 社区的大佬也觉得很棒，竖起来大拇指：

然而做了这么多测试，最后的修改就只是把 true 改成 false：

自适应算法

本来我以为看到这位大佬的测试已经是非常有收获了，没想到接下去的闲逛又让我发现了一个更了不得的东西。

既然上面分析出来，在 QPS 比较高的情况下，收益才能抵消被抵消，那么有没有可能实现一个自适应的算法，在 QPS 较低的时候直接从系统获取，QPS 较高时，从缓存获取。

果不其然，Sentinel（Java 版，版本>=1.8.2）已经实现了！

issue 参考：https://github.com/alibaba/Sentinel/pull/1746

我们捋一下它的实现：

我们首先看最核心的缓存时间戳的循环（每毫秒执行 1 次），在这个循环中，它将缓存时间戳分成了三个状态：

• RUNNING：运行态，执行缓存时间戳策略，并统计写时间戳的 QPS（把对缓存时间戳的读写 QPS 分开统计）

• IDLE：空闲态（初始状态），什么都不做，只休眠 300 毫秒

• PREPARE：准备态，缓存时间戳，但不统计 QPS

这三个状态怎么流转呢？答案在开头调用的check方法中：

首先 check 逻辑有个间隔，也就是每隔一段时间（3 秒）来做一次状态转换；

其次如果当前状态是空闲态并且读 QPS 大于HITS_UPPER_BOUNDARY（1200），则切换为准备态。

如果当前状态是运行态且读 QPS 小于HITS_LOWER_BOUNDARY（800），则切换为空闲态。

发现似乎少了切换到运行态的分支，看上面的循环中，第三个准备态的分支运行一次就将状态切换为运行态了。

这是为啥？其实准备态只是为了让程序从空闲态切换到运行态时过渡的更平滑，因为空闲态下缓存时间戳不再更新，如果没有过渡直接切换到运行态，那可能切换后获取的时间戳是有误差的。

文字可能不直观，我们画一个状态流转图：

最后这些准备好了，获取时需要做两件事：一是统计读时间戳的 QPS，二是获取时间戳；如果是空闲态或准备态则直接获取系统时间返回，如果是运行态则从缓存中拿时间戳。

当程序比较空闲时，不会缓存时间戳，降低 CPU 的消耗，QPS 较高时缓存时间戳，也能降低 CPU 的消耗，并且能降低获取时间戳的时延，可谓是一举两得。

但这中间我有个疑问，这里 QPS 的高低边界不知道是如何得出的，是拍脑袋还是压测出来的，不过这个数值似乎并不一定绝对准确，可能和机器的配置也有关系，所以我倾向这个值可以配置，而不是在代码中写死，关于这点，这段代码的作者也解释了原因：

最后可能你会问，这 QPS 咋统计呀？

这可是 Sentinel 的强项，利用LeapArray统计，由于这不是本文重点，就不展开了，有兴趣可以参考我之前的文章《Sentinel-Go 源码系列（三）滑动时间窗口算法的工程实现》，虽然文章是 Go 的，但算法和 Java 的是一模一样，甚至实现都是照搬。

有没有测试数据支撑呢？有另一位大佬在评论区贴出了他的测试数据，我们看一下：

在低负载下，CPU 消耗降低的特别明显，高负载则没什么变化，这也符合我们的预期。

看到这里你是不是觉得该点题了？没错，Sentinel-Go 还没实现上述的自适应算法，这是个绝佳的机会，有技术含量，又有参考（Java 版），是不是心动了？

社区中也有该 issue：

https://github.com/alibaba/sentinel-golang/issues/419

这个 issue 在 2021 年 8 月有个哥们认领了，但截止目前还没贡献代码，四舍五入等于他放弃了，所以你懂我意思吧？

最后说一句

如果你觉得文章还可以，麻烦动动小手，点个关注、在看、赞，你的鼓励是我持续创作的动力！

对了，如果觉得还不过瘾，可以再看看这些相关文章：

• 《参与开源项目很难吗？》
  

• 《Sentinel-Go 源码系列（一）｜开篇》
  

• 《Sentinel-Go 源码系列（二）｜初始化流程和责任链设计模式》
  

• 《Sentinel-Go 源码系列（三）滑动时间窗口算法的工程实现》
  

• 《Sentinel在docker中获取CPU利用率的一个BUG》
  

• 《低开销获取时间戳》
  

感谢阅读，我们下期再见~

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