如何使用 pthreads 在 *nix 系统上实现异步计时器答案

【问题标题】：How to implement an asynchronous timer on a *nix system using pthreads如何使用 pthreads 在 *nix 系统上实现异步计时器
【发布时间】：2009-08-24 13:35:19
【问题描述】：

我有两个问题：

Q1) 我能否在单线程应用程序中实现异步计时器，即我想要这样的功能。

....
Timer mytimer(5,timeOutHandler)


.... //this thread is doing some other task


...
and after 5 seconds, the timeOutHandler function is invoked.

据我所知，这不能用于单线程应用程序（如果我错了，请纠正我）。我不知道是否可以使用 select 作为解复用器，但即使可以使用 select，事件循环也需要一个线程？不是吗？

我还想知道我是否可以使用 select 实现计时器（不是超时）。 Select 只等待一组文件描述符，但我想要一个按其到期超时升序排列的计时器列表，并希望 select 告诉我第一个计时器何时到期等等。所以问题归结为可以使用选择/轮询或其他事件多路分解器来实现异步计时器吗？

Q2) 现在让我们来回答我的第二个问题。 这是我的主要问题。 现在我正在使用一个专用线程来检查超时，即我有一个最小的定时器堆（到期时间），这个线程休眠直到第一个定时器到期，然后调用回调。即代码看起来像这样

锁定互斥体
检查第一个计时器的时间
条件定时等待该时间（如果其他线程插入一个到期时间小于第一个计时器的计时器，则唤醒）条件等待解锁锁。
条件等待结束后，我们获得了锁。所以解锁它，从堆中移除计时器并调用回调函数。
去1

我想要这种异步定时器的时间复杂度。据我所见

插入为 lg(n)
有效期为 lg(n)
取消

：（这让我头晕目眩）问题是我根据他们的时间有一个最小的定时器堆，当我插入一个定时器时，我得到一个唯一的 id。所以当我需要取消定时器时，我需要提供这个定时器 id 并且在堆中搜索这个定时器 id 最坏的情况是 O(n)

我错了吗？

可以在 O(lg n) 内完成取消

请注意一些多线程问题。一旦我得到一些回应，我会详细说明我上一句的意思。

【问题讨论】：

你在哪个平台上写这个？例如，Windows 有一些 API 调用允许单线程应用程序使用 Timer。还是您想编写自己的操作系统？
大家好，我正在研究 *nix 系统，即任何 posix 兼容系统 linux、solaris 和其他 unice。我正在使用 pthreads。

标签： multithreading unix pthreads

【解决方案1】：

如果我们可以假设线程大部分时间都在 select() 中阻塞，那么使用单个线程实现计时器绝对是可能的（并且通常更可取）。

您可以检查使用 signal() 和 SIGALRM 来实现 POSIX 下的功能，但我建议不要这样做（Unix 信号是丑陋的黑客，当信号回调函数运行时，您可以在里面做的很少它是安全的，因为它与您的应用程序线程异步运行）

您关于使用 select() 的超时来实现计时器功能的想法是一个很好的想法——这是一种非常常见的技术并且效果很好。基本上，您保留按时间戳排序的待处理/即将发生的事件列表，并且在调用 select() 之前，您从列表中的第一个时间戳中减去当前时间，并将该时间增量作为超时值传递给选择()。（注意：如果 time-delta 为负，则传入零作为超时值！）当 select() 返回时，将当前时间与列表中第一项的时间进行比较；如果当前时间大于或等于事件时间，则处理定时器事件，将第一项从列表头部弹出，然后重复。

至于效率，您的大 O 时间将完全取决于您用于存储有序计时器列表的数据结构。如果您使用优先级队列（或类似的有序树型结构），您的所有操作都可以有 O(log N) 次。您甚至可以更进一步，将事件列表存储在哈希表（以事件 ID 为键）和链表（按时间戳排序）中，这可以为所有操作提供 O(1) 次。不过，O(log N) 可能足够高效，除非您打算同时处理大量未决事件。

【讨论】：

【解决方案2】：

man pthread_cond_timedwait

man pthread_cond_signal

【讨论】：

【解决方案3】：

如果您是 Windows 应用程序，您可以在将来的某个时间触发 WM_TIMER 消息发送给您，即使您的应用程序是单线程的，它也可以工作。但是，计时的准确性不会很高。

如果您的应用在恒定循环中运行（如游戏，以 60Hz 渲染），您可以简单地检查循环中的每个时间，看看是否需要调用触发事件。

如果您希望您的应用程序基本上被中断，您的函数被调用，然后执行返回到原来的位置，那么您可能不走运。

【讨论】：

您在此处提供的第二个选项实际上是可能的，但实施起来非常痛苦:)

【解决方案4】：

如果您使用 C#，System.Timers.Timer 会做您想做的事。您指定计时器到期时调用的事件处理程序方法，该方法可以在您从中调用计时器的类中。请注意，当计时器调用事件处理程序时，它将在单独的线程上执行，如果您正在更新用户界面，则需要考虑这一点，或者使用其 SynchronizingObject 属性在 UI 线程上运行它。

【讨论】：