一、问题提出
会议中有同学提到使用mktime遇到一些问题： 1) 设置tm_isdst后速度很慢 2) 设置TZ环境变量提速极大 所以想调查下具体情况。
二、测试和检验
环境（不同环境可能结果迥异，以下所述仅对本环境有效）
$ cat /proc/version Linux version --tlinux2-.tl2 ([email protected]) (gcc version (Red Hat -) (GCC) ) # SMP Fri Apr :: CST $ getconf -a | grep glibc -i GNU_LIBC_VERSION glibc 2.17
首先写了个简单的mktime测试。
#include <sys/time.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <time.h>
typedef int64_t timestamp_t;
static timestamp_t get_timestamp()
{
struct timeval tv = {};
gettimeofday(&tv, );
+ (timestamp_t)tv.tv_usec;
}
static void call_mktime(int isdst)
{
struct tm tm = {};
tm.tm_year = - ;
tm.tm_mon = - ;
tm.tm_mday = ;
tm.tm_hour = ;
tm.tm_min = ;
tm.tm_sec = ;
tm.tm_isdst = isdst;
== mktime(&tm)) {
abort();
}
}
int main()
{
, };
for (const auto &isdst: isdsts) {
timestamp_t t1 = get_timestamp();
;
; i < N; ++i) {
call_mktime(isdst);
}
timestamp_t t2 = get_timestamp();
printf("isdst=%d rounds %d avg cost %4.2f us\n", isdst, N, 1.0*(t2-t1)/N);
}
;
}跑一下，得到结果如下：
还真的很慢啊！慢的掉渣了！
But！真的是这样吗？
要不试试其他时区？就用美国东部时间好了。
奇迹发生了，不慢啊，也就几微秒而已，虽然慢了一点点，但绝对没有那么夸张。
三、基本结论
跟着这个思路，稍微扩大一下可变的参数，包括下面几个因子：
- 日历时间
- 时区配置
- 输入isdst
最后跑出一个结果（源代码见后）：
|
|
| isdst | ||
日历时间 | 时区配置 | 夏令时 | 1 | 0 | -1 |
1688-06-01 02:00 | Asia/Shanghai | N | 103.95 | 0.23 | 0.23 |
| US/Eastern | N | 114.6 | 0.26 | 0.23 |
| America/Jujuy | N | 125.26 | 0.27 | 0.25 |
1960-06-01 02:00 | Asia/Shanghai | N | 158.9 | 0.3 | 0.29 |
| US/Eastern | Y | 0.6 | 4.3 | 0.39 |
| America/Jujuy | Y | 0.48 | 67.24 | 0.34 |
1986-06-01 02:00 | Asia/Shanghai | Y | 0.48 | 2.47 | 0.3 |
| US/Eastern | Y | 0.44 | 2.73 | 0.3 |
| America/Jujuy | N | 54.67 | 0.34 | 0.32 |
2016-01-01 02:00 | Asia/Shanghai | N | 501.6 | 0.76 | 0.76 |
| US/Eastern | N | 4.49 | 0.32 | 0.31 |
| America/Jujuy | N | 507.45 | 0.81 | 0.78 |
2016-05-01 02:00 | Asia/Shanghai | N | 505.49 | 0.7 | 0.7 |
| US/Eastern | Y | 0.64 | 3.77 | 0.31 |
| America/Jujuy | N | 514.04 | 0.76 | 0.77 |
最后两列是一次mktime调用消耗的微秒数。 注意America/Jujuy这个时区，非常有趣。
从这张表格可以总结出一个基本结论： 当tm_isdst设置不当时，调用mktime会消耗更多的时间。
- 如果当时的日历时间是夏令时，那么
isdst=1速度比isdst=0快 ； - 如果当时的日立时间是常规时，那么
isdst=1速度比isdst=0慢 ； - 调用mktime，可以传入
isdst=-1，让glibc根据时区自动决定DST标记。
至于KM文章中提到的设置TZ环境变量导致的性能差异，是非常小的，有兴趣的可以做个测试。
四、进一步调查
为什么isdst配置不当时，速度会相差这么多？这和mktime的实现有关。
mktime转换年月日格式的时间到时间戳，分几个步骤
- 6次循环，猜测得到一个时间戳t1，调用localtime(t1)能够得到正确的年月日表示。但它的夏令时标记（isdst）可能和用户传递进来的不一致。
- 如果夏令时标记和用户调用传递的isdst不同(0 vs 1, 1 vs 0)，以t1为基准，前后搜寻合适的日历时，如果找到一个日历时，它的DST标记符合，以该日历时所处的DST为准。如果无法搜寻到合适的结果，直接返回t1
- 搜寻思想：以当前时间为中心，前后搜寻，找到一个与输入参数匹配的夏令时/冬令时区间，以该区间的配置来校准t1。
- 搜寻算法：
- 步长：601200秒，这是所有夏令时区间中最短的一个周期：7天，时区为：America/Recife
- 范围：以t1为中心的536454000秒区间。这是所有夏令时区间中最长的一个周期：17年，时区为America/Jujuy。范围：[t-536454000/2+601200,t+536454000/2+601200]，最大故迭代次数894次。
- 迭代： 对当前时间戳tx调用localtime(tx)，若结果的isdst和输入的isdst相同，命中，跳出循环。否则继续。
- 命中：根据命中时的DST设置，找到正确的时间戳t3，转换成功。
迭代次数越多，耗时就越多。如果步骤1转换的posix time距离最近的匹配区间（夏令时/冬令时）很远，搜寻耗时就很长。
Asio/Shanghai的夏令时从1991年废除，而US/Eastern每年都有夏令时，所以，大部分情况下前者的迭代次数远大于后者，这也能很好的解释上面的图表。
用zdump看一下不同时区数据库的信息，注意1688和1986两个测试日历时间的选取。
五、附录
1. test_timezone.cpp
测试不同时区的mktime性能
#include <sys/time.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <time.h>
typedef int64_t timestamp_t;
static timestamp_t get_timestamp()
{
struct timeval tv = {};
gettimeofday(&tv, );
+ (timestamp_t)tv.tv_usec;
}
struct calendar_time {
int year;
int month;
int day;
int hour;
int minute;
int second;
};
static void call_mktime(
const calendar_time &calendar,
int isdst)
{
struct tm tm = {};
tm.tm_year = calendar.year - ;
tm.tm_mon = calendar.month- ;
tm.tm_mday = calendar.day;
tm.tm_hour = calendar.hour;
tm.tm_min = calendar.minute;
tm.tm_sec = calendar.second;
tm.tm_isdst = isdst;
== mktime(&tm)) {
abort();
}
}
int main()
{
const char *timeonzes[] = { "Asia/Shanghai", "US/Eastern", "America/Jujuy"};
calendar_time times[] = {
{, , , , , },
{, , , , , },
{, , , , , },
{, , , , , },
{, , , , , },
{, , , , , },
{, , , , , },
};
, , -};
for (const auto &calendar: times) {
];
for (const auto &tz: timeonzes) {
for (const auto &isdst: isdsts) {
setenv();
timestamp_t t1 = get_timestamp();
;
; i < N; ++i) {
call_mktime(calendar, isdst);
}
timestamp_t t2 = get_timestamp();
printf("calendar: %04d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d ",
calendar.year, calendar.month, calendar.day,
calendar.hour, calendar.minute, calendar.second);
printf("%-20s isdst=%2d rounds %d avg cost %4.2f us\n", tz, isdst, N, 1.0*(t2-t1)/N);
}
printf("\n");
}
printf("-------------------------------------------\n");
}
;
}2. test_setenv.cpp
测试setenv("TZ")和不设置时的性能差别。
#include <sys/time.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <time.h>
typedef int64_t timestamp_t;
static timestamp_t get_timestamp()
{
struct timeval tv = {};
gettimeofday(&tv, );
+ (timestamp_t)tv.tv_usec;
}
struct calendar_time {
int year;
int month;
int day;
int hour;
int minute;
int second;
};
static void call_mktime(
const calendar_time &calendar,
int isdst)
{
struct tm tm = {};
tm.tm_year = calendar.year - ;
tm.tm_mon = calendar.month- ;
tm.tm_mday = calendar.day;
tm.tm_hour = calendar.hour;
tm.tm_min = calendar.minute;
tm.tm_sec = calendar.second;
tm.tm_isdst = isdst;
== mktime(&tm)) {
abort();
}
}
int main()
{
const char *tz = "Asia/Shanghai";
calendar_time times[] = {
{, , , , , },
{, , , , , },
{, , , , , },
{, , , , , },
};
for (const auto &calendar: times) {
printf("calendar: %04d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d\n",
calendar.year, calendar.month, calendar.day,
calendar.hour, calendar.minute, calendar.second);
{
unsetenv("TZ");
timestamp_t t1 = get_timestamp();
;
; i < N; ++i) {
call_mktime(calendar, );
}
timestamp_t t2 = get_timestamp();
printf("unsetenv %-20s rounds %d avg cost %4ld us\n", tz, N, (t2-t1)/N);
}
{
setenv();
timestamp_t t1 = get_timestamp();
;
; i < N; ++i) {
call_mktime(calendar, );
}
timestamp_t t2 = get_timestamp();
printf("setenv %-20s rounds %d avg cost %4ld us\n", tz, N, (t2-t1)/N);
}
printf("\n");
}
;
}