Linux / 跨平台的时区规则 API？（替代锁定 localtime_r）

Question

我们有一些代码需要从多个线程中经常调用localtime函数。(相关背景：这是一个服务器，你可以向它请求本地时间作为字符串，并且它希望能够每秒处理数十万个请求。)

我们发现在Ubuntu Linux 12.04上，glibc库函数localtime_r ("可重入的本地时间")调用了__tz_convert函数，而__tz_convert函数仍然使用了全局锁！ (此外，看起来FreeBSD让localtime_r函数在每次调用时都调用tzset函数，因为他们担心程序可能已经执行了setenv("TZ")操作，或者用户在上次调用localtime_r函数之后下载了新版本的/etc/localtime文件。（这与这里描述的情况相反；似乎glibc在每次调用localtime函数时都会调用tzset函数，但不会在每次调用localtime_r函数时调用，这非常令人困惑。)

显然，这对性能来说是很糟糕的。为了我们的目的，我们希望在服务器开始运行时“快照”当前时区的规则，然后在以后的所有时间里都使用该快照。因此，我们将继续遵守夏令时规则（因为切换到夏令时的规则将成为快照的一部分），但我们将永远不会回到磁盘、锁定互斥锁或执行任何其他可能导致线程阻塞的操作。（我们可以不考虑下载的tzinfo更新以及/etc/localtime更改；我们不希望服务器在运行时物理更改时区。）

然而，我在网上找不到有关如何处理时区规则的任何信息 - 是否有一个用户空间API可用于处理它们，或者我们将被迫重新实现几百行glibc代码以自己读取时区数据。

我们必须重新实现__tz_convert函数及其下游的所有内容，包括tzfile_read函数吗？还是有一些POSIX接口和/或第三方库可用于处理时区规则？

我看过http://www.iana.org/time-zones/repository/tz-link.html，但不确定它是否有帮助。

- Quuxplusone

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在 tzset 中的全局锁 “对性能非常糟糕”这一点并不明显 - 你是否真的进行了基准测试？除非你做过基准测试，否则这似乎是一个俗语般的过早优化案例。据我所知，tzset 有一种快速路径，如果时区实际上没有改变，它基本上什么也不做。在实际应用中，我预计锁永远不会争用。 - user4815162342

每当两个线程同时调用__tz_convert时，锁就会被争夺；请检查代码。是的，我们之所以知道这个锁存在，是因为在性能测试中它成为了瓶颈（特定测试服务于大量本地时间请求）。 - Quuxplusone

你看过Boost或者ICU吗？ - Matt Johnson-Pint

看起来Boost.Date_Time可以实现我们想要的功能，但是它在依赖方面似乎有些笨重。（我们目前不是“Boost商店”。）然而，如果没有更简单的解决方案... Boost绝对是一个可能性。 - Quuxplusone

我不是C++大师，但我知道Boost和ICU都有IANA TZDB实现。我也知道ICU被v8-i18n项目和其他一些项目使用，所以它可能比Boost更轻量级，但我不确定。也许其他更熟悉的人可以提供更好的答案。 - Matt Johnson-Pint

Answer 1

请使用https://github.com/google/cctz，它快速且具备简单易用的API，并可完成您所需的所有功能。特别是要实现类似于localtime的cctz等效功能，请使用cctz::BreakTime()函数。例如，参见https://github.com/google/cctz/blob/master/examples/example3.cc。

- Greg Miller

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通常，对于工具或库的链接，应该附带使用说明、关于链接资源如何适用于问题的具体解释或一些示例代码，如果可能的话，最好都包含。 - IKavanagh

谢谢Greg。那个库看起来很棒。你的库中也有一个全局锁，请参见https://github.com/google/cctz/blob/master/src/time_zone_impl.cc#L64。Cloudera在https://issues.cloudera.org/browse/IMPALA-3316的评论中发现了这个问题。已提交https://github.com/google/cctz/issues/23。 - Tagar

Answer 2

也许这个免费、开源的时区库适合您的需求。

它有一个名为LAZY_INIT的配置标志，完全在此处记录。默认情况下，它打开，并会在首次访问每个单独的时区时调用std::call_once。但是您可以进行编译：

-DLAZY_INIT=0

然后对 std::call_once 的调用消失了。每个时区都从磁盘中读取并在第一次访问时完全初始化（通过函数本地静态变量）。从那时起，事情就稳定了，无需锁定且不需要磁盘访问。自然地，这增加了前期的初始化时间，但减少了每个时区的“首次访问”时间。

此库需要 C++11/14，因此可能由于这个原因而不适合。它基于（并且大量使用）C++11 <chrono> 库。以下是打印当前本地时间的示例代码：

#include "tz.h"
#include <iostream>

int
main()
{
    using namespace date;
    auto local = make_zoned(current_zone(), std::chrono::system_clock::now());
    std::cout << local << '\n';
}

这只是为我输出的：

2016-04-12 10:13:14.585945 EDT

该库是一个现代化、高性能的线程安全设计。它也非常灵活且有完整的文档支持。其功能远不止于简单替换 C 的 localtime。与 C API 不同的是，您可以指定任何 IANA 时区，例如：

    auto local = make_zoned("Europe/London", std::chrono::system_clock::now());

这是伦敦的当前时间：

2016-04-12 15:19:59.035533 BST

请注意，默认情况下，时间戳的精度与 std::chrono::system_clock 相同。如果您希望使用其他精度，可以轻松实现：

using namespace date;
using namespace std::chrono;
auto local = make_zoned("Europe/London", std::chrono::system_clock::now());
std::cout << format("%F %H:%M %Z", local) << '\n';

2016-04-12 15:22 BST

查看 文档 以获取更多详细信息。

- Howard Hinnant