浅析libuv源码-获取精确时间

　　在Timer模块中有提到，libuv控制着延迟事件的触发，那么必须想办法精确控制时间。

　　如果是JS，获取当前时间可以直接通过Date.now()得到一个时间戳，然后将两段时间戳相减得到时间差。一般情况下当然没有问题，但是这个方法并不保险，因为本地计算机时间可以修改。

　　libuv显然不会用这么愚蠢的办法来计算时间，C++内部有更为精妙的方法来处理这个事。

　　首先在上一节中，一个简单的事件轮询代码如下：

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

　　这里的uv_default_loop会生成一个默认的静态对象，负责管理事件轮询，而这个对象有一个属性，则负责记录当前的时间，如下：

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

　　简单讲就是记录当前这一轮事件开始处理的时间，单位为毫秒。

　　在初始化之后，就会执行uv_run来开始事件轮询了，因为这节只讲时间，所以省略无关代码，如下：

int uv_run(uv_loop_t *loop, uv_run_mode mode) {
    // ...
    // 查询是否有未处理事件
    r = uv__loop_alive(loop);
    if (!r)
        // 表示处理完一轮事件 更新时间
        uv_update_time(loop);

    // 如果有未处理事件
    while (r != 0 && loop->stop_flag == 0) {
        // 这里也会更新时间
        uv_update_time(loop);
        // ...
    }
}

　　可见，每次轮询时都会更新时间，方法就是那个uv_update_time，源码如下：

void uv_update_time(uv_loop_t* loop) {
    // 返回一个时间
    uint64_t new_time = uv__hrtime(1000);
    // 检测数据合法性并赋值
    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);
}

　　上面的方法通过一些计算，会返回一个类似于时间戳的长整数。

　　C++的方法都比较简单，首先看一下hrtime_interval_，从名字可以看出这是一个代表频率的数字，相关的定义和设置代码如下：

/* 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;

    /* 加锁 不管这个 */
    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;
    }
}

　　该值的初始化为0，然后会通过某个计算尝试重新赋值。

　　这里需要介绍一下两个windowsAPI： QueryPerformanceFrequency 与 QueryPerformanceCounter 。

　　定义非常简单，字面理解一个是系统性能频率，一个是系统性能计数器，具体讲，第一个会返回当前操作系统每秒钟会统计多少次，第二个返回当前已经统计的次数（类似于时间戳从1970年开始，这个应该也有一个参照物），依赖于硬件支持，如果不支持会返回0。

　　可以通过一个简单的案例来理解这两个API，测试代码如下：

int main() {
    LARGE_INTEGER m;
    LARGE_INTEGER n1;
    LARGE_INTEGER n2;
    // 获取每秒钟统计的次数
    QueryPerformanceFrequency(&m);
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        // 获取当前的统计次数
        QueryPerformanceCounter(&n1);
        // zzz...线程等待一秒
        Sleep(1000);
        // 获取一秒后统计次数
        QueryPerformanceCounter(&n2);
        // 计算sleep方法实际时间
        cout << "过去了" << (double)(n2.QuadPart - n1.QuadPart) / (double)m.QuadPart << "秒" << endl;
    }
    return 0;
}

　　执行后输出如下：

　　可见，系统的1秒钟实际上并不十分精确。

　　回到hrtime_interval_的定义：

hrtime_interval_ = 1.0 / perf_frequency.QuadPart;

　　很容易知道这里返回的是系统每计数一次所需要的时间。

　　然后可以理解uv_hrtime方法具体的返回：

uint64_t uv__hrtime(double scale) {
    LARGE_INTEGER counter;
    // 如果硬件不支持 返回0
    if (hrtime_interval_ == 0) {
        return 0;
    }
    // 获得当前计数
    if (!QueryPerformanceCounter(&counter)) {
        return 0;
    }
    // 返回当前计数所花费的时间 默认为秒scale(1000)转换为毫秒
    return (uint64_t)((double)counter.QuadPart * hrtime_interval_ * scale);
}

　　由于 QueryPerformanceFrequency  与 QueryPerformanceCounter  并不依赖于本地时间，所以计算得到的数值可以保证绝对安全。

　　不过，这个数字的计算方式，简直跟时间戳一模一样啊。