为什么.NET计时器的分辨率限制在15毫秒？

Why are .NET timers limited to 15 ms resolution?

请注意，我问的是使用类似System.Threading.Timer之类的东西，每隔15毫秒就会调用一次回调函数。我不是在询问如何使用System.Diagnostics.Stopwatch甚至QueryPerformanceCounter之类的内容准确计算代码。

另外，我已经阅读了相关问题：

准确的Windows计时器？ System.Timers.Timer()限制为15毫秒

.NET中的高分辨率计时器

这些都没有为我的问题提供有用的答案。

此外，推荐的MSDN文章"为Windows实现连续更新，高分辨率时间提供程序"是关于计时而不是提供连续的滴答流。

照这样说。。。

关于.NET计时器对象有很多不好的信息。例如，System.Timers.Timer被称为"针对服务器应用程序优化的高性能计时器"。并且System.Threading.Timer被某种方式视为二等公民。传统观点认为System.Threading.Timer是Windows计时器队列计时器的包装器，System.Timers.Timer完全是另一回事。

现实情况大不相同。 System.Timers.Timer只是System.Threading.Timer的一个瘦组件包装器(只需使用Reflector或ILDASM来查看System.Timers.Timer内部，你会看到对System.Threading.Timer的引用)，并且有一些代码可以提供自动线程同步，所以你不必这样做。

System.Threading.Timer，因为事实证明它不是Timer Queue Timers的包装器。至少不在2.0运行时，它是从.NET 2.0到.NET 3.5使用的。使用Shared Source CLI几分钟后，运行时会实现自己的定时器队列，类似于Timer Queue Timers，但实际上从不调用Win32函数。

似乎.NET 4.0运行时还实现了自己的计时器队列。我的测试程序(见下文)在.NET 4.0下提供与.NET 3.5相似的结果。我已经为Timer Queue Timers创建了自己的托管包装器并证明我可以获得1 ms的分辨率(具有相当好的准确性)，所以我认为我不太可能错误地读取CLI源代码。

我有两个问题：

首先，是什么原因导致运行时计时器队列的实现如此缓慢？我的分辨率不能超过15毫秒，精度似乎在-1到+30毫秒的范围内。也就是说，如果我要求24毫秒，我会在23到54毫秒之间的任何地方得到滴答声。我想我可以花更多时间使用CLI源来追踪答案，但我想这里有人可能知道。

其次，我意识到这很难回答，为什么不使用定时器队列定时器？我意识到.NET 1.x必须在没有这些API的Win9x上运行，但它们自Windows 2000以来就存在，如果我记得正确的话，它是.NET 2.0的最低要求。是因为CLI必须在非Windows机器上运行吗？

我的计时器测试程序：

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using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Diagnostics;
using System.Threading;

namespace TimerTest
{
class Program
{
const int TickFrequency = 5;
const int TestDuration = 15000; // 15 seconds

static void Main(string[] args)
{
// Create a list to hold the tick times
// The list is pre-allocated to prevent list resizing
// from slowing down the test.
List<double> tickTimes = new List<double>(2 * TestDuration / TickFrequency);

// Start a stopwatch so we can keep track of how long this takes.
Stopwatch Elapsed = Stopwatch.StartNew();

// Create a timer that saves the elapsed time at each tick
Timer ticker = new Timer((s) =>
{
tickTimes.Add(Elapsed.ElapsedMilliseconds);
}, null, 0, TickFrequency);

// Wait for the test to complete
Thread.Sleep(TestDuration);

// Destroy the timer and stop the stopwatch
ticker.Dispose();
Elapsed.Stop();

// Now let's analyze the results
Console.WriteLine("{0:N0} ticks in {1:N0} milliseconds", tickTimes.Count, Elapsed.ElapsedMilliseconds);
Console.WriteLine("Average tick frequency = {0:N2} ms", (double)Elapsed.ElapsedMilliseconds / tickTimes.Count);

// Compute min and max deviation from requested frequency
double minDiff = double.MaxValue;
double maxDiff = double.MinValue;
for (int i = 1; i < tickTimes.Count; ++i)
{
double diff = (tickTimes[i] - tickTimes[i - 1]) - TickFrequency;
minDiff = Math.Min(diff, minDiff);
maxDiff = Math.Max(diff, maxDiff);
}

Console.WriteLine("min diff = {0:N4} ms", minDiff);
Console.WriteLine("max diff = {0:N4} ms", maxDiff);

Console.WriteLine("Test complete. Press Enter.");
Console.ReadLine();
}
}
}

相关讨论

计时器分辨率由系统心跳给出。这通常默认为64次/秒，即15.625毫秒。但是，有些方法可以修改这些系统范围的设置，以便在较新的平台上实现低至1毫秒甚至0.5毫秒的定时器分辨率：

1.通过多媒体计时器界面获得1 ms分辨率：

多媒体定时器接口能够提供低至1毫秒的分辨率。
有关timeBeginPeriod的更多详细信息，请参阅关于多媒体计时器(MSDN)，获取和设置计时器分辨率(MSDN)以及此答案。注意：完成后不要忘记调用timeEndPeriod切换回默认的计时器分辨率。

怎么做：

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#define TARGET_RESOLUTION 1 // 1-millisecond target resolution

TIMECAPS tc;
UINT wTimerRes;

if (timeGetDevCaps(&tc, sizeof(TIMECAPS)) != TIMERR_NOERROR)
{
// Error; application can't continue.
}

wTimerRes = min(max(tc.wPeriodMin, TARGET_RESOLUTION), tc.wPeriodMax);
timeBeginPeriod(wTimerRes);

// do your stuff here at approx. 1 ms timer resolution

timeEndPeriod(wTimerRes);

注意：此过程也适用于其他过程，并且所获得的分辨率适用于整个系统。任何流程要求的最高解决方案都将是活跃的，请注意后果。

2.分辨率为0.5毫秒：

您可以通过隐藏的API NtSetTimerResolution()获得0.5 ms的分辨率。
NtSetTimerResolution由本机Windows NT库NTDLL.DLL导出。请参阅如何将计时器分辨率设置为0.5毫秒？在MSDN上。然而，真正可实现的解决方案由底层硬件决定。现代硬件支持0.5毫秒的分辨率。
更多详细信息可在Inside Windows NT高分辨率计时器中找到。支持的分辨率可以通过调用NtQueryTimerResolution()获得。

怎么做：

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#define STATUS_SUCCESS 0
#define STATUS_TIMER_RESOLUTION_NOT_SET 0xC0000245

// after loading NtSetTimerResolution from ntdll.dll:

// The requested resolution in 100 ns units:
ULONG DesiredResolution = 5000;
// Note: The supported resolutions can be obtained by a call to NtQueryTimerResolution()

ULONG CurrentResolution = 0;

// 1. Requesting a higher resolution
// Note: This call is similar to timeBeginPeriod.
// However, it to to specify the resolution in 100 ns units.
if (NtSetTimerResolution(DesiredResolution ,TRUE,&CurrentResolution) != STATUS_SUCCESS) {
// The call has failed
}

printf("CurrentResolution [100 ns units]: %d
",CurrentResolution);
// this will show 5000 on more modern platforms (0.5ms!)

// do your stuff here at 0.5 ms timer resolution

// 2. Releasing the requested resolution
// Note: This call is similar to timeEndPeriod
switch (NtSetTimerResolution(DesiredResolution ,FALSE,&CurrentResolution) {
case STATUS_SUCCESS:
printf("The current resolution has returned to %d [100 ns units]
",CurrentResolution);
break;
case STATUS_TIMER_RESOLUTION_NOT_SET:
printf("The requested resolution was not set
");
// the resolution can only return to a previous value by means of FALSE
// when the current resolution was set by this application
break;
default:
// The call has failed

}

注意：NtSetTImerResolution的功能基本上通过使用bool值Set映射到函数timeBeginPeriod和timeEndPeriod(有关该方案及其所有含义的更多详细信息，请参阅内部Windows NT高分辨率计时器)。但是，多媒体套件将粒度限制为毫秒，NtSetTimerResolution允许设置亚毫秒值。