浅谈 .NET 与 Qt Timer 实现

前两天刚好跟同学提起如何实现一个 Timer 。提到了 Kafka 的时间轮和 Go 语言的四叉堆实现。所以就看了下 .NET 是如何实现 Timer 的。

.NET Timer 分为两种，一种是 System.Windows.Threading.DispatcherTimer , 另外一种是System.Timers.Timer 。

System.Windows.Threading.DispatcherTimer

.NET Framework 相关源码路径：

• System\Windows\Threading\DispatcherTimer.cs
• System\Windows\Threading\Dispatcher.cs
• System\Windows\Threading\DispatcherOperation.cs

简要实现原理：在每次新增 DispatcherTimer 的时候，都会将回调的委托存入 Dispatcher 中的 DispatcherOperation 优先队列里，但是优先级是最差的。然后将 Timer 本身存入当前 Dispatcher 的 Timer List 中。还有一个值得关注的是，时间间隔会加上系统运行时间 Environment.TickCount ，变成绝对时间保存下来，这是为了后边 WM_TIMER 到达之后，对比是否超时做准备。接下来就要关注 Dispatcher 了，当 Dispatcher 新增、删除、响应 Timer 事件以及 DispatcherTimer 调整时间间隔的时候，会调用 UpdateWin32Timer() , 这个方法会在当前 Dispatcher 的 Timer List 中检索最近要触发的 DispatcherTimer，如果当前没有调用过 SetTimer() 或者调用过的 SetTimer 时间间隔比当前最近要触发的长，就取时间间隔，调用 SetTimer()。当收到 WM_TIMER 消息之后，将根据程序运行时间，对比时间间隔，选出已经超时的 Timer，将之前提到的 DispatcherOperation 优先级提升，等到下一个消息循环来到时，回调 Operation 将会被从优先对列取出，并执行。

System.Timers.Timer

.NET Framework 相关源码路径：

• services\timers\system\timers\Timer.cs
• system\threading\timer.cs
• coreclr\src\vm\comthreadpool.cpp

简要实现原理：System.Timers.Timer 只是对 System.Threading.Timer 包装，所以实现上看 System.Threading.Timer 就好。这就不得不提到 System.Threading.Timer 中的 TimerQueue 。 这是存有 TimerQueueTimer 的双向队列。每增加一个 Timer 的时候，都会将一个 TimerQueueTimer 放入 TimerQueue 队列。同时调用运行时的 Native 的代码 AppDomainTimerNative::CreateAppDomainTimer() 。后边就是 Native 的代码逻辑了，具体细节不表了，简单理解就是在线程池中搞一个线程，在线程中调用 SleepEx() 阻塞线程，当线程走完之后触发回调，再调回 .NET 托管代码，找到 TimerQueueTimer ，再执行用户回调。

QTimer

相关源码路径：

• qtbase\src\corelib\kernel\qeventdispatcher_win.cpp
• qtbase\src\corelib\kernel\qtimer.cpp
• qtbase\src\corelib\kernel\qobject.cpp

QTimer 的实现就比较简单了，当增加一个 QTimer 的时候，会在 QEventDispatcher 中调用 Win32 API，同时在 QObject 中将 TimerId 保存到 Vector 中。唯一的细节是，时间间隔在 20ms 以下或者指定 QTimerType 为 Qt::PreciseTimer 的 QTimer 会在底层调用 timeSetEvent() （源码注释中也提到了，虽然方法废弃了，但是精度还是高依旧使用），而其他的就调用 SetTimer() 方法。

谈谈 SetTimer

SetTimer() 的调用是有限制的。不管别人信不信，反正我是信了。这一点在 MSDN 中 SetTimer 的描述并没有，不过通过一些现象，以及网上的一些其他帖子可以得到认证。据 SO 上的一位吃瓜网友表示，SetTimer() 会创建用户对象（虽然这一点微软也没说过），而用户对象在系统中是有限制的（这一点是微软明确说过的），而用户对象的数量上限是在注册表中的，根据微软的文档指示应该是在： HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\Microsoft\Windows NT\CurrentVersion\Windows\USERProcessHandleQuota 我看了一下 x64 系统应该是在 HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\WOW6432Node\Microsoft\Windows NT\CurrentVersion\Windows\USERProcessHandleQuota 。默认数量是 10000 。

小结

分析过以上几种 Timer 的实现，就知道 .NET 的 Timer 还是做了一些微小的优化的。这也是为什么我跟同事说， 即使都是拿来做 Windows 桌面开发，.NET 框架的上限还是要比 Qt 高的原因。这大概是因为 .NET 本身从一开始就不是以桌面开发作为目标的，所以它更要考虑性能问题，但正因为如此，源码看起来比 Qt 就更为困难；而 Qt 这么实现，对一般的桌面应用来说，完全够用，代码也更容易看懂。虽然两者的实现在极端情况下都会拉闸，但是显然 Qt 的 Timer 实现会更快拉闸……