《Windows via C/C++》学习笔记 —— 内核对象的“线程同步”之“等待定时器”

　　等待定时器（waitable timer）是在某个时间或按规定的时间间隔通知自己的内核对象。可以把它理解为一个定时发送信号的东西。

　　要创建一个等待定时器内核对象，可以调用函数CreateWaitableTimer。可以为该函数赋予不同的参数来指定一个定时器内核对象的属性。

HANDLE CreateWaitableTimer(
   PSECURITY_ATTRIBUTES psa,
   BOOL bManualReset,
   PCTSTR pszName);

 

　　该函数第一个参数是安全属性结构指针。第三个参数是要创建的定时器内核对象名称。第二个参数指明了该定时器内核对象是人工重置（TRUE）的还是自动重置（FALSE）的。该函数成功，返回句柄，失败则返回NULL。

　　当一个人工重置的定时器内核对象收到通知时，所有等待在该内核对象上的线程都可以被唤醒，进入就绪状态。一个自动重置的定时器内核对象收到通知时，只有一个等待在该内核对象上的线程可以被调度。

　　当然，也可以打开一个特定名字的定时器内核对象，呼叫OpenWaitableTimer函数：

HANDLE OpenWaitableTimer(
   DWORD dwDesiredAccess,
   BOOL bInheritHandle,
   PCTSTR pszName);

 

　　等待定时器内核对象创建的时候的状态总是“未通知状态”。你可以呼叫SetWaitableTimer函数来设定等待定时器内核对象何时获得通知。

BOOL SetWaitableTimer(
   HANDLE hTimer,                   //等待定时器句柄
   const LARGE_INTEGER *pDueTime,   //第一次通知的时刻（负数表示相对值）
   LONG lPeriod,                    //以后通知的时间间隔（毫秒）
   PTIMERAPCROUTINE pfnCompletionRoutine,  //APC异步函数地址
   PVOID pvArgToCompletionRoutine,  //APC异步函数参数
   BOOL bResume);                   //是否让计算机摆脱暂停状态

 

　　该函数的第1个参数hTimer是一个等待定时器内核对象的句柄。

　　第2个参数pDutTime和第3个参数lPeriod要联合使用，pDutTime是一个LAGRE_INTEGER结构指针，指明了第一次通知的时间，时间格式是UTC（标准时间），是一个绝对值，如果要设置一个相对值，即让等待定时器在调用SetWaitableTimer函数之后多少时间发出第一次通知，只要传递一个负数给该参数即可，但是该数值必须是100ns的倍数，即单位是100ns，下面会举例说明。

　　第3个参数指明了以后通知的时间间隔，以毫秒为单位，该参数为0时，表示只有第一次的通知，以后没有通知。

　　第4和第5这两个参数与APC（异步过程调用）有关，这里不讨论。

　　最后一个参数bResume支持计算机暂停和恢复，一般传递FALSE。当它为TRUE的时候，当定时器通知的时候，如果此时计算机处于暂停状态，它会使计算机脱离暂停状态，并唤醒等待在该等待定时器上的线程。如果它为FALSE，如果此时计算机处于暂停状态，那么当该定时器通知的时候，等待在该等待定时器上的线程会被唤醒，但是要等待计算机恢复运行之后才能得到CPU时间。

 

　　比如，下面代码使用等待定时器让它在2008年8月8日晚上8:00开始通知。然后每隔1天通知。 

HANDLE hTimer;     //等待定时器句柄
SYSTEMTIME st;     //SYSTEMTIME结构，用来设置第1次通知的时间
FILETIME ftLocal, ftUTC; //FILETIME结构，用来接受STSTEMTIME结构的转换
LARGE_INTEGER liUTC;   //LARGE_INTEGER结构，作为SetWaitableTimer的参数

// 创建一个匿名的默认安全性的人工重置的等待定时器内核对象，并保存句柄
hTimer = CreateWaitableTimer(NULL, FALSE, NULL);

//设置第一次通知时间
st.wYear         = 2008; // 年
st.wMonth        = 8;    // 月
st.wDayOfWeek    = 0;    // 一周中的某个星期
st.wDay          = 8;    // 日
st.wHour         = 20;   // 小时（下午8点）
st.wMinute       = 8;    // 分
st.wSecond       = 0;    // 秒
st.wMilliseconds = 0;    // 毫秒

//将SYSTIME结构转换为FILETIME结构
SystemTimeToFileTime(&st, &ftLocal);

//将本地时间转换为标准时间（UTC），SetWaitableTimer函数接受一个标准时间
LocalFileTimeToFileTime(&ftLocal, &ftUTC);

// 设置LARGE_INTEGER结构，因为该结构数据要作为SetWaitableTimer的参数
liUTC.LowPart  = ftUTC.dwLowDateTime;
liUTC.HighPart = ftUTC.dwHighDateTime;

// 设置等待定时器内核对象（一天的毫秒数为24*60*60*1000）
SetWaitableTimer(hTimer, &liUTC, 24 * 60 * 60 * 1000,
                 NULL, NULL, FALSE);

 

　　下面的代码创建了一个等待定时器，当调用SetWaitableTimer函数之后2秒会第一次通知，然后每隔1秒通知一次：

HALDLE hTimer;
LARGE_INTEGER li;
hTimer = CreateWaitableTime(NULL, FALSE, NULL);
const int nTimerUnitsPerSecond = 100000000 / 100; //每1s中有多少个100ns
li.QuadPart = -(2 * nTimerUnitsPerSecond );   //负数，表示相对值2秒
SetWaitableTimer(hTimer, &li, 1000, NULL, NULL, FALSE);

 

　　当通过SetWaitTimer函数设置了一个等待定时器的属性之后，你可以通过CancelWaitableTimer函数来取消这些设置：

BOOL CancelWaitableTimer(HANDLE hTimer);

 

　　当你不再需要等待定时器的时候，通过调用CloseHanble函数关闭之。

 

 

等待定时器与APC（异步过程调用）项排队：

 

　　Windows允许在等待定时器的通知的时候，那些调用SetWaitTimer函数的线程的异步过程调用（APC）进行排队。

　　要使用这个特性，需要在线程调用SetWaitTimer函数的时候，设置第4个参数pfnCompletionRoutine和第5的参数pvArgToCompletionRoutine。这个异步过程需要如下形式：

VOID APIENTRY TimerAPCRoutine(PVOID pvArgToCompletionRoutine,
                   DWORD dwTimerLowValue, DWORD dwTimerHighValue)
{
   // 特定的任务
}

 

　　该函数名TimerAPCRoutine可以任意。该函数可以在等待定时器收到通知的时候，由调用SetWaitableTimer函数的线程来调用，但是该线程必须处于“待命等待”状态。也就是说你的线程因为调用以下函数的而处于等待状态中：SleepEx，WaitForSingleObjectEx，WaitForMultipleObjectEx，MsgForMultipleObjectEx，SingleObjectAndWait。如果该线程没有因为调用这些函数而进入等待状态，那么系统不会给定时器APC排队。

 

　　下面讲一下详细的APC调用的过程：当你的等待定时器通知的时候，如果你的线程处于“待命等待”状态，那么系统就调用上面具有TimerAPCRoutine异步函数的格式的函数，该异步函数的第一个参数就是你传递给SetWaitableTimer函数的第5个参数pvArgToCompletionRoutine的值。其他两个参数用于指明定时器什么时候发出通知。

　　下面的代码指明了使用等待定时器的正确方法：

void SomeFunc()
{
   // 创建一个等待定时器（人工重置）
   HANDLE hTimer = CreateWaitableTimer(NULL, TRUE, NULL);

   // 当调用SetWaitableTimer时候立刻通知等待定时器
   LARGE_INTEGER li = { 0 };
   SetWaitableTimer(hTimer, &li, 5000, TimerAPCRoutine, NULL, FALSE);

   // 线程进入“待命等待”状态，并无限期等待
   SleepEx(INFINITE, TRUE);

   CloseHandle(hTimer);   //关闭句柄
}

 

　　当所有的APC项都完成，即所有的异步函数都结束之后，等待的函数才会返回（比如SleepEx函数）。所以，必须确保等待定时器再次变为已通知之前，异步函数就完成了，这样，等待定时器的APC排队速度不会比它的处理速度慢。

 

　　注意，当使用APC机制的时候，线程不能应该等待“等待定时器的句柄”，也不应该以待命等待的方式等待“等待定时的句柄”，下面的方法是错误的：

HANDLE hTimer = CreateWaitableTimer(NULL, FALSE, NULL);

SetWaitableTimer(hTimer, &li, 2000, TimerAPCRoutine, NULL, FALSE);

WaitForSingleObjectEx(hTimer, INFINITE, TRUE);

 

　　这段代码让线程2次等待一个等待定时器，一个是等待该等待定时器的句柄，还有一个是“待命等待”。当定时器变为已通知状态的时候，该等待就成功了，然后线程被唤醒，导致线程摆脱了“待命等待”状态，APC函数不会被调用。

 

　　由于等待定时器的管理和重新设定是比较麻烦的，所以一般开发者很少使用这个机制，而是使用CreateThreadpoolTimer来创建线程池的定时器来处理问题。

　　等待定时器的APC机制也往往被I/O完成端口所替代。

 

　　最后，把“等待定时器”和“用户界面定时器”做一下比较。

　　用户界面定时器是通过SetTimer函数设置的，定时器一般发送WM_TIMER消息给调用SetTimer函数的线程和窗口，因此只能有一个线程收到通知。而“人工重置”的等待定时器可以让多个线程同时收到通知。

　　运用等待定时器，可以让你的线程到了规定的时间就收到通知。而用户界面定时器，发送的WM_TIMER消息属于最低优先级的消息，当线程队列中没有其他消息的时候才会检索该消息，因此可能会有一点延迟。

　　另外，WM_TIMER消息的定时精度比较低，没有等待定时器那么高。