對不起，我錯了，這程式碼不好寫

捉蟲大師發表於2022-06-01

hello，大家好呀，我是小樓。

前幾天不是寫了這篇文章《發現一個開源專案優化點，點進來就是你的了》嘛。

文章介紹了Sentinl的自適應快取時間戳演算法，從原理到實現都手把手解讀了，而且還發現Sentinel-Go還未實現這個自適應演算法，於是我就覺得，這簡單啊，把Java程式碼翻譯成Go不就可以混個PR？

甚至在文章初稿中把這個描述為：「有手就可以」，感覺不太妥當，後來被我刪掉了。

過了幾天，我想去看看有沒有人看了我的文章真的去提了個PR，發現仍然是沒有，心想，可能是大家太忙（懶）了吧。

於是準備自己來實現一遍，週末我拿出電腦試著寫一下這段程式碼，結果被當頭一棒敲醒，原來這程式碼不好寫啊。

image

如何實現

先簡單介紹一下我當時是如何實現的。

首先，定義了系統的四種狀態：

const (
	UNINITIALIZED = iota
	IDLE
	PREPARE
	RUNNING
)

這裡為了讓程式碼更加貼近Go的習慣，用了iota。

用了4種狀態，第一個狀態UNINITIALIZED是Java版裡沒有的，因為Java在系統初始化時預設就啟動了定時快取時間戳執行緒。

但Go版本不是這樣的，它有個開關，當開關開啟時，會呼叫StartTimeTicker來啟動快取時間戳的協程，所以當沒有初始化時是需要直接返回系統時間戳，所以這裡多了一個UNINITIALIZED狀態。

然後我們需要能夠統計QPS的方法，這塊直接抄Java的實現，由於不是重點，但又怕你不理解，所以直接貼一點程式碼，不想看可以往下劃。

定義我們需要的BucketWrap：

type statistic struct {
	reads  uint64
	writes uint64
}

func (s *statistic) NewEmptyBucket() interface{} {
	return statistic{
		reads:  0,
		writes: 0,
	}
}

func (s *statistic) ResetBucketTo(bucket *base.BucketWrap, startTime uint64) *base.BucketWrap {
	atomic.StoreUint64(&bucket.BucketStart, startTime)
	bucket.Value.Store(statistic{
		reads:  0,
		writes: 0,
	})
	return bucket
}

獲取當前的Bucket：

func currentCounter(now uint64) (*statistic, error) {
	if statistics == nil {
		return nil, fmt.Errorf("statistics is nil")
	}

	bk, err := statistics.CurrentBucketOfTime(now, bucketGenerator)
	if err != nil {
		return nil, err
	}
	if bk == nil {
		return nil, fmt.Errorf("current bucket is nil")
	}

	v := bk.Value.Load()
	if v == nil {
		return nil, fmt.Errorf("current bucket value is nil")
	}
	counter, ok := v.(*statistic)
	if !ok {
		return nil, fmt.Errorf("bucket fail to do type assert, expect: *statistic, in fact: %s", reflect.TypeOf(v).Name())
	}

	return counter, nil
}

獲取當前的QPS：

func currentQps(now uint64) (uint64, uint64) {
	if statistics == nil {
		return 0, 0
	}

	list := statistics.ValuesConditional(now, func(ws uint64) bool {
		return ws <= now && now < ws+uint64(bucketLengthInMs)
	})

	var reads, writes, cnt uint64
	for _, w := range list {
		if w == nil {
			continue
		}

		v := w.Value.Load()
		if v == nil {
			continue
		}

		s, ok := v.(*statistic)
		if !ok {
			continue
		}

		cnt++
		reads += s.reads
		writes += s.writes
	}

	if cnt < 1 {
		return 0, 0
	}

	return reads / cnt, writes / cnt
}

當我們有了這些準備後，來寫核心的check邏輯：

func check() {
	now := CurrentTimeMillsWithTicker(true)
	if now-lastCheck < checkInterval {
		return
	}

	lastCheck = now
	qps, tps := currentQps(now)
	if state == IDLE && qps > hitsUpperBoundary {
		logging.Warn("[time_ticker check] switches to PREPARE for better performance", "reads", qps, "writes", tps)
		state = PREPARE
	} else if state == RUNNING && qps < hitsLowerBoundary {
		logging.Warn("[time_ticker check] switches to IDLE due to not enough load", "reads", qps, "writes", tps)
		state = IDLE
	}
}

最後是呼叫check的地方：

func StartTimeTicker() {
	var err error
	statistics, err = base.NewLeapArray(sampleCount, intervalInMs, bucketGenerator)
	if err != nil {
		logging.Warn("[time_ticker StartTimeTicker] new leap array failed", "error", err.Error())
	}

	atomic.StoreUint64(&nowInMs, uint64(time.Now().UnixNano())/unixTimeUnitOffset)
	state = IDLE
	go func() {
		for {
			check()
			if state == RUNNING {
				now := uint64(time.Now().UnixNano()) / unixTimeUnitOffset
				atomic.StoreUint64(&nowInMs, now)
				counter, err := currentCounter(now)
				if err != nil && counter != nil {
					atomic.AddUint64(&counter.writes, 1)
				}
				time.Sleep(time.Millisecond)
				continue
			}
			if state == IDLE {
				time.Sleep(300 * time.Millisecond)
				continue
			}
			if state == PREPARE {
				now := uint64(time.Now().UnixNano()) / unixTimeUnitOffset
				atomic.StoreUint64(&nowInMs, now)
				state = RUNNING
				continue
			}
		}
	}()
}

自此，我們就實（抄）現（完）了自適應的快取時間戳演算法。

測試一下

先編譯一下，咚，報錯了：import cycle not allowed！

image

啥意思呢？迴圈依賴了！

我們的時間戳獲取方法在包util中，然後我們使用的統計QPS相關的實現在base包中，util包依賴了base包，這個很好理解，反之，base包也依賴了util包，base包主要也使用了CurrentTimeMillis方法來獲取當前時間戳，我這裡截個圖，但不止這些，有好幾個地方都使用到了：

image

但我寫程式碼時是特地繞開了迴圈依賴，也就是util中呼叫base包中的方法是不會反向依賴回來形成環的，為此還單獨寫了個方法：

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使用新方法，就不會形成依賴環。但實際上編譯還是通過不了，這是因為Go在編譯時就直接禁止了迴圈依賴。

那我就好奇了啊，Java是怎麼實現的？

這是com.alibaba.csp.sentinel.util包

image

這是com.alibaba.csp.sentinel.slots.statistic.base包

image

Java也出現了迴圈依賴，但它沒事！

這瞬間勾起了我的興趣，如果我讓它執行時形成依賴環，會怎麼樣呢？

簡單做個測試，搞兩個包，互相呼叫，比如pk1和pk2的code方法都呼叫對方：

package org.newboo.pk1;

import org.newboo.pk2.Test2;

public class Test1 {
    public static int code() {
        return Test2.code();
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(code());
    }
}

編譯可以通過，但執行報錯棧溢位了：

Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
	at org.newboo.pk1.Test1.code(Test1.java:7)
	at org.newboo.pk2.Test2.code(Test2.java:7)
	...

這麼看來是Go編譯器做了校驗，強制不允許迴圈依賴。

說到這裡，其實Java裡也有迴圈依賴校驗，比如：Maven不允許迴圈依賴，比如我在sentinel-core模組中依賴sentinel-benchmark，編譯時就直接報錯。

image

再比如SpringBoot2.6.x預設禁用迴圈依賴，如果想用，還得手動開啟才行。

Java中強制禁止的只有maven，語言層面、框架層面基本都沒有趕盡殺絕，但Go卻在語言層面強制不讓使用。

這讓我想起了之前在寫Go程式碼時，Go的鎖不允許重入，經常寫出死鎖程式碼。這擱Java上一點問題都沒有，當時我就沒想通，為啥Go不支援鎖的重入。

現在看來可能的原因：一是Go的設計者有程式碼潔癖，想強制約束大家都有良好的程式碼風格；二是由於Go有迴圈依賴的強制檢測，導致鎖重入的概率變小。

但這終究是理想狀態，往往在實施起來的時候令人痛苦。

反觀Java，一開始沒有強制禁用迴圈依賴，導致後面基本不可避免地寫出迴圈依賴的程式碼，SpringBoot認為這是不好的，但又不能強制，只能預設禁止，但如果你真的需要，也還是可以開啟的。

但話又說回來，迴圈依賴真的「醜陋」嗎？我看不一定，仁者見仁，智者見智。

如何解決

問題是這麼個問題，可能大家都有不同的觀點，或是吐槽Go，或是批判Java，這都不是重點，重點是我們還得在Go的規則下解決問題。

如何解決Go的迴圈依賴問題呢？稍微查了一下資料，大概有這麼幾種方法：

方法一

將兩個包合成一個，這是最簡單的方法，但這裡肯定不行，合成一個這個PR鐵定過不了。

方法二

抽取公共底層方法，雙方都依賴這個底層方法。比如這裡，我們把底層方法抽出來作為common，util和base同時依賴它，這樣util和base就不互相依賴了。

---- util
---- ---- common
---- base
---- ---- common

這個方法也是最常見，最正規的方法。

但在這裡，似乎也不好操作。因為獲取時間戳這個方法已經非常底層了，沒辦法抽出一個和統計QPS共用的方法，反正我是沒能想出來，如果有讀者朋友可以做到，歡迎私聊我，真心求教。

花了很多時間，還是沒能搞定。當時的感覺是，這下翻車了，這題可沒那麼簡單啊！

方法三

這個方法比較難想到，我也是在前兩個方法怎麼都搞不定的情況下諮詢了組裡的Go大佬才知道。

仔細看獲取時間戳的程式碼：

// Returns the current Unix timestamp in milliseconds.
func CurrentTimeMillis() uint64 {
	return CurrentClock().CurrentTimeMillis()
}

這裡的CurrentClock()是什麼？其實是返回了一個Clock介面的實現

type Clock interface {
	Now() time.Time
	Sleep(d time.Duration)
	CurrentTimeMillis() uint64
	CurrentTimeNano() uint64
}

作者這麼寫的目的是為了在測試的時候，可以靈活地替換真實實現

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實際使用時RealClock，也就是呼叫了我們正在調優的時間戳獲取；MockClock則是測試時使用的。

這個實現是什麼時候注入的呢？

func init() {
	realClock := NewRealClock()
	currentClock = new(atomic.Value)
	SetClock(realClock)

	realTickerCreator := NewRealTickerCreator()
	currentTickerCreator = new(atomic.Value)
	SetTickerCreator(realTickerCreator)
}

在util初始化時，就寫死注入了realClock。

這麼一細說，是不是對迴圈依賴的解決有點眉目了？

我們的realClock實際上依賴了base，但這個realClock可以放在util包外，util包內只留一個介面。

image

注入真實的realClock的地方也不能放在util的初始化中，也得放在util包外（比如Sentinel初始化的地方），這樣一來，util就不再直接依賴base了。

image

這樣一改造，編譯就能通過了，當然這程式碼只是個示意，還需要精雕細琢。

最後

我們發現就算給你現成的程式碼，抄起來也是比較難的，有點類似「腦子會了，但手不會」的尷尬境地。

同時每個程式語言都有自己的風格，也就是我們通常說的，Go程式碼要寫得更「Go」一點，所以語言不止是一個工具這麼簡單，它的背後也存在著自己的思考方式。

本文其實是從一個案例分享瞭如何解決Go的迴圈依賴問題，以及一些和Java對比的思考，更偏向程式碼工程。

如果你覺得還不過癮，也可以看看這篇文章，也是關於程式碼工程的：

看完，記得點個關注、贊、在看哦，這樣我才有動力持續輸出優質技術文章 ~ 我們下期再見吧。

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