淺析libuv源碼-獲取精確時間

　　在Timer模塊中有提到，libuv控制著延遲事件的觸發，那麼必須想辦法精確控制時間。

　　如果是JS，獲取當前時間可以直接通過Date.now()得到一個時間戳，然後將兩段時間戳相減得到時間差。一般情況下當然沒有問題，但是這個方法並不保險，因為本地電腦時間可以修改。

　　libuv顯然不會用這麼愚蠢的辦法來計算時間，C++內部有更為精妙的方法來處理這個事。

　　首先在上一節中，一個簡單的事件輪詢代碼如下：

int main() {
    uv_loop_t *loop = uv_default_loop();
    uv_run(loop, UV_RUN_DEFAULT);
}

　　這裡的uv_default_loop會生成一個預設的靜態對象，負責管理事件輪詢，而這個對象有一個屬性，則負責記錄當前的時間，如下：

  /* The current time according to the event loop. in msecs. */
  uint64_t time; 

　　簡單講就是記錄當前這一輪事件開始處理的時間，單位為毫秒。

　　在初始化之後，就會執行uv_run來開始事件輪詢了，因為這節只講時間，所以省略無關代碼，如下：

int uv_run(uv_loop_t *loop, uv_run_mode mode) {
    // ...
    // 查詢是否有未處理事件
    r = uv__loop_alive(loop);
    if (!r)
        // 表示處理完一輪事件 更新時間
        uv_update_time(loop);

    // 如果有未處理事件
    while (r != 0 && loop->stop_flag == 0) {
        // 這裡也會更新時間
        uv_update_time(loop);
        // ...
    }
}

　　可見，每次輪詢時都會更新時間，方法就是那個uv_update_time，源碼如下：

void uv_update_time(uv_loop_t* loop) {
    // 返回一個時間
    uint64_t new_time = uv__hrtime(1000);
    // 檢測數據合法性並賦值
    assert(new_time >= loop->time);
    loop->time = new_time;
}

uint64_t uv__hrtime(double scale) {
    LARGE_INTEGER counter;

    if (hrtime_interval_ == 0) {
        return 0;
    }

    if (!QueryPerformanceCounter(&counter)) {
        return 0;
    }

    return (uint64_t)((double)counter.QuadPart * hrtime_interval_ * scale);
}

　　上面的方法通過一些計算，會返回一個類似於時間戳的長整數。

　　C++的方法都比較簡單，首先看一下hrtime_interval_，從名字可以看出這是一個代表頻率的數字，相關的定義和設置代碼如下：

/* Interval (in seconds) of the high-resolution clock. */
static double hrtime_interval_ = 0;

/*
 * One-time initialization code for functionality defined in util.c.
 */
void uv__util_init(void) {
    LARGE_INTEGER perf_frequency;

    /* 加鎖 不管這個 */
    InitializeCriticalSection(&process_title_lock);

    /* Retrieve high-resolution timer frequency
     * and precompute its reciprocal.
     */
    if (QueryPerformanceFrequency(&perf_frequency)) {
        hrtime_interval_ = 1.0 / perf_frequency.QuadPart;
    }
    else {
        hrtime_interval_ = 0;
    }
}

　　該值的初始化為0，然後會通過某個計算嘗試重新賦值。

　　這裡需要介紹一下兩個windowsAPI： QueryPerformanceFrequency 與 QueryPerformanceCounter 。

　　定義非常簡單，字面理解一個是系統性能頻率，一個是系統性能計數器，具體講，第一個會返回當前操作系統每秒鐘會統計多少次，第二個返回當前已經統計的次數（類似於時間戳從1970年開始，這個應該也有一個參照物），依賴於硬體支持，如果不支持會返回0。

　　可以通過一個簡單的案例來理解這兩個API，測試代碼如下：

int main() {
    LARGE_INTEGER m;
    LARGE_INTEGER n1;
    LARGE_INTEGER n2;
    // 獲取每秒鐘統計的次數
    QueryPerformanceFrequency(&m);
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        // 獲取當前的統計次數
        QueryPerformanceCounter(&n1);
        // zzz...線程等待一秒
        Sleep(1000);
        // 獲取一秒後統計次數
        QueryPerformanceCounter(&n2);
        // 計算sleep方法實際時間
        cout << "過去了" << (double)(n2.QuadPart - n1.QuadPart) / (double)m.QuadPart << "秒" << endl;
    }
    return 0;
}

　　執行後輸出如下：

　　可見，系統的1秒鐘實際上並不十分精確。

　　回到hrtime_interval_的定義：

hrtime_interval_ = 1.0 / perf_frequency.QuadPart;

　　很容易知道這裡返回的是系統每計數一次所需要的時間。

　　然後可以理解uv_hrtime方法具體的返回：

uint64_t uv__hrtime(double scale) {
    LARGE_INTEGER counter;
    // 如果硬體不支持 返回0
    if (hrtime_interval_ == 0) {
        return 0;
    }
    // 獲得當前計數
    if (!QueryPerformanceCounter(&counter)) {
        return 0;
    }
    // 返回當前計數所花費的時間 預設為秒scale(1000)轉換為毫秒
    return (uint64_t)((double)counter.QuadPart * hrtime_interval_ * scale);
}

　　由於 QueryPerformanceFrequency  與 QueryPerformanceCounter  並不依賴於本地時間，所以計算得到的數值可以保證絕對安全。

　　不過，這個數字的計算方式，簡直跟時間戳一模一樣啊。