C# 为什么定时器频率非常低？

Question

System.Timers.Timer 和 System.Threading.Timer 触发的时间间隔与请求的时间间隔有很大不同。 例如：

new System.Timers.Timer(1000d / 20);

生成一个每秒触发 16 次而不是 20 次的计时器。

为了确保事件处理程序过长不会产生副作用，我编写了这个小测试程序：

int[] frequencies = { 5, 10, 15, 20, 30, 50, 75, 100, 200, 500 };

// Test System.Timers.Timer
foreach (int frequency in frequencies)
{
    int count = 0;

    // Initialize timer
    System.Timers.Timer timer = new System.Timers.Timer(1000d / frequency);
    timer.Elapsed += delegate { Interlocked.Increment(ref count); };

    // Count for 10 seconds
    DateTime start = DateTime.Now;
    timer.Enabled = true;
    while (DateTime.Now < start + TimeSpan.FromSeconds(10))
        Thread.Sleep(10);
    timer.Enabled = false;

    // Calculate actual frequency
    Console.WriteLine(
        "Requested frequency: {0}\nActual frequency: {1}\n",
        frequency, count / 10d);
}

输出如下所示：

Requested: 5 Hz; 实际：4,8 Hz
要求：10 Hz； 实际：9,1 Hz
要求：15 Hz； 实际：12,7 Hz
要求：20 Hz； 实际：16 Hz
要求：30 Hz； 实际：21,3 Hz
要求：50 Hz； 实际：31,8 Hz
要求：75 Hz； 实际：63,9 Hz
要求：100 Hz； 实际：63,8 Hz
要求：200 Hz； 实际：63,9 Hz
要求：500 Hz； 实际：63.9 Hz

实际频率与要求频率的偏差最多为 36%。 （显然不能超过 64 Hz。）鉴于 Microsoft 推荐此计时器是因为它比 System.Windows.Forms.Timer 具有“更高的准确性”，这让我很困惑。

顺便说一句，这些不是随机偏差。 它们每次都是相同的值。 另一个计时器类 System.Threading.Timer 的类似测试程序显示了完全相同的结果。

在我的实际程序中，我需要以每秒精确 50 个样本的速度收集测量结果。 这应该还不需要实时系统。 每秒获取 32 个样本而不是 50 个样本，这非常令人沮丧。

有什么想法吗？

@克里斯： 你是对的，这些间隔似乎都是 1/64 秒左右的整数倍。 顺便说一句，在事件处理程序中添加 Thread.Sleep(...) 没有任何区别。 鉴于 System.Threading.Timer 使用线程池，因此每个事件都在空闲线程上触发，这是有道理的。

Answer 1

如果您使用 winmm.dll，您可以使用更多的 CPU 时间，但可以更好地控制。

这是修改为使用 winmm.dll 计时器的示例

const String WINMM = "winmm.dll";
const String KERNEL32 = "kernel32.dll";

delegate void MMTimerProc (UInt32 timerid, UInt32 msg, IntPtr user, UInt32 dw1, UInt32 dw2);

[DllImport(WINMM)]
static extern uint timeSetEvent(
      UInt32            uDelay,      
      UInt32            uResolution, 
      [MarshalAs(UnmanagedType.FunctionPtr)] MMTimerProc lpTimeProc,  
      UInt32            dwUser,      
      Int32             fuEvent      
    );

[DllImport(WINMM)]
static extern uint timeKillEvent(uint uTimerID);

// Library used for more accurate timing
[DllImport(KERNEL32)]
static extern bool QueryPerformanceCounter(out long PerformanceCount);
[DllImport(KERNEL32)]
static extern bool QueryPerformanceFrequency(out long Frequency);

static long CPUFrequency;

static int count;

static void Main(string[] args)
{            
    QueryPerformanceFrequency(out CPUFrequency);

    int[] frequencies = { 5, 10, 15, 20, 30, 50, 75, 100, 200, 500 };

    foreach (int freq in frequencies)
    {
        count = 0;

        long start = GetTimestamp();

        // start timer
        uint timerId = timeSetEvent((uint)(1000 / freq), 0, new MMTimerProc(TimerFunction), 0, 1);

        // wait 10 seconds
        while (DeltaMilliseconds(start, GetTimestamp()) < 10000)
        {
            Thread.Sleep(1);
        }

        // end timer
        timeKillEvent(timerId);

        Console.WriteLine("Requested frequency: {0}\nActual frequency: {1}\n", freq, count / 10);
    }

    Console.ReadLine();
}

static void TimerFunction(UInt32 timerid, UInt32 msg, IntPtr user, UInt32 dw1, UInt32 dw2)
{
    Interlocked.Increment(ref count);
}

static public long DeltaMilliseconds(long earlyTimestamp, long lateTimestamp)
{
    return (((lateTimestamp - earlyTimestamp) * 1000) / CPUFrequency);
}

static public long GetTimestamp()
{
    long result;
    QueryPerformanceCounter(out result);
    return result;
}

这是我得到的输出：

Requested frequency: 5
Actual frequency: 5

Requested frequency: 10
Actual frequency: 10

Requested frequency: 15
Actual frequency: 15

Requested frequency: 20
Actual frequency: 19

Requested frequency: 30
Actual frequency: 30

Requested frequency: 50
Actual frequency: 50

Requested frequency: 75
Actual frequency: 76

Requested frequency: 100
Actual frequency: 100

Requested frequency: 200
Actual frequency: 200

Requested frequency: 500
Actual frequency: 500

希望这会有所帮助。

Answer 2

这些类不适合实时使用，并且受 Windows 等操作系统的动态调度性质的影响。 如果您需要实时执行，您可能需要查看一些嵌入式硬件。 我不是 100% 确定，但我认为 .netcpu 可能是芯片上较小的 .NET 运行时的实时版本。

http://www.arm.com/markets/emerging_applications/armpp/8070。 html

当然 - 您需要评估这些间隔的准确性有多重要，因为附加到它们的代码将在非实时操作系统上执行。 当然，除非这是一个纯粹的学术问题（在这种情况下 - 是的，这很有趣！：P）。

Answer 3

看起来您的实际计时器频率是 63.9 Hz 或其整数倍。

这意味着计时器分辨率约为 15 毫秒（或其整数倍，即 30 毫秒、45 毫秒等）。

定时器基于“tick”的整数倍，这是可以预料的（例如在 DOS 中，“tick”值为 55 毫秒/18 Hz）。

我不知道为什么你的滴答计数是 15.65 mec，而不是 15 毫秒。 作为一个实验，如果您在计时器处理程序中休眠几毫秒会怎样：我们可能会在滴答之间看到 15 毫秒，而在每次滴答时在计时器处理程序中休眠 0.65 毫秒吗？

Answer 4

好吧，我实际上得到了高达 100 Hz 的不同数字，有一些很大的偏差，但在大多数情况下更接近请求的数字（使用最新的 .NET SP 运行 XP SP3）。

System.Timer.Timer 是使用 System.Threading.Timer 实现的，因此这解释了为什么您会看到相同的结果。 我认为计时器是使用某种调度算法等实现的（这是内部调用，也许查看 Rotor 2.0 可能会有所了解）。

我建议使用另一个线程（或其组合）调用 Sleep 和回调来实现一种计时器。 但不确定结果。

否则，您可以查看多媒体计时器 （P 调用）。

Answer 5

Windows（以及在其之上运行的.NET）是一个抢占式多任务操作系统。 任何给定的线程都可以随时被另一个线程停止，如果抢占线程行为不正常，您将无法在您想要或需要时重新获得控制权。

简而言之，这就是为什么不能保证您获得准确的时间，以及为什么 Windows 和 .NET 不适合某些类型的软件的平台。 如果由于您无法在需要时完全获得控制而导致生命处于危险之中，请选择其他平台。

Answer 6

如果您确实需要跳转到实时环境，我过去在需要确定性采样（来自自定义串行设备）时使用过 RTX，并且运气很好。

http://www.pharlap.com/rtx.htm

Answer 7

这是使用多媒体定时器的定时器的一个很好的实现
http://www.softwareinteractions.com/blog/2009/12/7/using-the-multimedia-timer-from-c.html softwareinteractions.com/blog/2009/12/7/using-the-multimedia-timer-from-c.html

Answer 8

定时器频率关闭的原因有很多。 以硬件为例，同一线程正忙于另一个处理，等等...

如果您想要更准确的时间，请使用 System.Diagnostics 命名空间中的 Stopwatch 类。

Answer 9

部分问题在于计时器需要考虑两次延迟。 这可能会有所不同，具体取决于计时器在操作系统中的实现方式。

1. 您请求等待的时间
2. #1 发生到进程在调度队列中轮到的时间之间的时间。

计时器对#1 有很好的控制，但对#2 几乎没有控制。 它可以向操作系统发出信号，表示它想再次运行，但操作系统可以在需要时将其唤醒。

Answer 10

根据您的评论，您根本不应该使用计时器。 您应该使用带有秒表的循环来检查间隔和自旋锁，这样您就不会丢失量子。