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iOS趣味篇：NSTimer到底准不准？

今天看到一个有意思的问题：NStimer准吗？如果不准该怎样实现一个精确的NSTimer?

既然这样问了，那从题目的角度出发，NSTimer肯定是不准的，但是它是以哪个精确度来作为“准”的标准呢，我们试着来探讨一下。

环境：Xcode9，模拟器iPhone7(iOS11)，iPhone6(iOS10)

NSTimer

我们来写一段代码

- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    if (!_timer) {
        _timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.0 target:self selector:@selector(logInfo) userInfo:nil repeats:YES];
    }
}
- (void)logInfo {
    NSLog(@"timer test");
}

好，跑一下

2017-11-10 09:12:32.566622+0800 QTimer[20276:7878806] timer test
2017-11-10 09:12:33.566811+0800 QTimer[20276:7878806] timer test
2017-11-10 09:12:34.566510+0800 QTimer[20276:7878806] timer test
2017-11-10 09:12:35.567532+0800 QTimer[20276:7878806] timer test
2017-11-10 09:12:36.567613+0800 QTimer[20276:7878806] timer test
2017-11-10 09:12:37.566615+0800 QTimer[20276:7878806] timer test
2017-11-10 09:12:38.567415+0800 QTimer[20276:7878806] timer test
2017-11-10 09:12:39.567650+0800 QTimer[20276:7878806] timer test
2017-11-10 09:12:40.566592+0800 QTimer[20276:7878806] timer test

可以看到，其计时偏差基本在1毫秒以内。

在正常的使用中，1毫秒以内偏差的计时可以说是非常准确了，如果题目并不是需要实现纳米级精度的计时，那么肯定是考虑到了其他影响到NSTimer计时精度的因素，我们试着来总结一下。

1、RunLoop的影响

为了验证，给计时任务加点重活

- (void)logInfo {
    int count = 0;
    for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
        count += i;
    }
    NSLog(@"timer test");
}

先在模拟器上跑

2017-11-10 09:35:33.413804+0800 QTimer[20503:7955660] timer test
2017-11-10 09:35:34.413108+0800 QTimer[20503:7955660] timer test
2017-11-10 09:35:35.414460+0800 QTimer[20503:7955660] timer test
2017-11-10 09:35:36.414036+0800 QTimer[20503:7955660] timer test
2017-11-10 09:35:37.413990+0800 QTimer[20503:7955660] timer test
2017-11-10 09:35:38.413622+0800 QTimer[20503:7955660] timer test

可以看到计时偏差还是能控制在1毫秒以内

我们把上面的代码用真机(iPhone6)跑一下

2017-11-10 09:34:42.332293+0800 QTimer[9739:3329479] timer test
2017-11-10 09:34:43.324582+0800 QTimer[9739:3329479] timer test
2017-11-10 09:34:44.331287+0800 QTimer[9739:3329479] timer test
2017-11-10 09:34:45.333884+0800 QTimer[9739:3329479] timer test
2017-11-10 09:34:46.331684+0800 QTimer[9739:3329479] timer test
2017-11-10 09:34:47.334392+0800 QTimer[9739:3329479] timer test
2017-11-10 09:34:48.332235+0800 QTimer[9739:3329479] timer test
2017-11-10 09:34:49.333350+0800 QTimer[9739:3329479] timer test

可以看到计时偏差已经超过1毫秒了，说明CPU性能对定时器的精度影响是有的，但这是根本原因吗？

我们再加一点重活看看

- (void)logInfo {
    int count = 0;
    for (int i = 0; i < 1000000000; i++) {
        count += i;
    }
    NSLog(@"timer test");
}

2017-11-10 09:40:38.194879+0800 QTimer[9749:3330951] timer test
2017-11-10 09:40:44.188463+0800 QTimer[9749:3330951] timer test
2017-11-10 09:40:50.172012+0800 QTimer[9749:3330951] timer test
2017-11-10 09:40:56.172139+0800 QTimer[9749:3330951] timer test
2017-11-10 09:41:02.179022+0800 QTimer[9749:3330951] timer test
2017-11-10 09:41:08.170254+0800 QTimer[9749:3330951] timer test
2017-11-10 09:41:14.169011+0800 QTimer[9749:3330951] timer test

my god ... 计时偏差已经去到了6秒之多，显然是有问题的

原因分析：

定时器被添加在主线程中，由于定时器在一个RunLoop中被检测一次，所以如果在这一次的RunLoop中做了耗时的操作，当前RunLoop持续的时间超过了定时器的间隔时间，那么下一次定时就被延后了。

解决方法：

在子线程中创建timer，在主线程进行定时任务的操作
在子线程中创建timer，在子线程中进行定时任务的操作，需要UI操作时切换回主线程进行操作

- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    if (!_timer) {
        _timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.0 repeats:YES block:^(NSTimer * _Nonnull timer) {
            NSLog(@"timer test");
        }];
    }
}
- (void)logInfo {
    int count = 0;
    for (int i = 0; i < 1000000000; i++) {
        count += i;
    }
    NSLog(@"timer test");
}

2017-11-10 09:52:57.725870+0800 QTimer[9759:3334283] timer test
2017-11-10 09:52:58.725829+0800 QTimer[9759:3334283] timer test
2017-11-10 09:52:59.725822+0800 QTimer[9759:3334283] timer test
2017-11-10 09:53:00.725979+0800 QTimer[9759:3334283] timer test
2017-11-10 09:53:01.725827+0800 QTimer[9759:3334283] timer test
2017-11-10 09:53:02.725774+0800 QTimer[9759:3334283] timer test
2017-11-10 09:53:03.725831+0800 QTimer[9759:3334283] timer test

2、RunLoop模式的影响

为了验证，我们在当前页面上添加一个tableview，在定时器运行时，我们对tableview进行滑动操作，可以发现，定时器并不会触发下一次的定时任务。

原因分析：

主线程的RunLoop有两种预设的模式，RunLoopDefaultMode和TrackingRunLoopMode。

当定时器被添加到主线程中且无指定模式时，会被默认添加到DefaultMode中，一般情况下定时器会正常触发定时任务。但是当用户进行UI交互操作时（比如滑动tableview），主线程会切换到TrackingRunLoopMode，在此模式下定时器并不会被触发。

解决方法：

添加定时器到主线程的CommonMode中或者子线程中

[[NSRunLoop mainRunLoop]addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];

其他方式的Timer

1、纳秒级精度的Timer

使用mach_absolute_time()来实现更高精度的定时器。

iPhone上有这么一个均匀变化的东西来提供给我们作为时间参考，就是CPU的时钟周期数（ticks）。

通过mach_absolute_time()获取CPU已运行的tick数量。将tick数经过转换变成秒或者纳秒，从而实现时间的计算。

以下代码实现来源于网络：

#include 
#include 
 
static const uint64_t NANOS_PER_USEC = 1000ULL;
static const uint64_t NANOS_PER_MILLISEC = 1000ULL * NANOS_PER_USEC;
static const uint64_t NANOS_PER_SEC = 1000ULL * NANOS_PER_MILLISEC;
 
static mach_timebase_info_data_t timebase_info;
static uint64_t nanos_to_abs(uint64_t nanos) {
    return nanos * timebase_info.denom / timebase_info.numer;
}
void waitSeconds(int seconds) {
    mach_timebase_info(&timebase_info);
    uint64_t time_to_wait = nanos_to_abs(seconds * NANOS_PER_SEC);
    uint64_t now = mach_absolute_time();
    mach_wait_until(now + time_to_wait);
}

理论上这是iPhone上最精准的定时器，可以达到纳秒级别的精度，但是怎样去验证呢？

由于日志的输出需要消耗时间，CPU线程之间的调度也需要消耗时间，所以无法从Log中输出的系统时间来验证其更高的精度，根据我测试的系统时间来看，时间偏差也是在1毫秒以内。

2、CADisplayLink

CADisplayLink是一个频率能达到屏幕刷新率的定时器类。iPhone屏幕刷新频率为60帧/秒，也就是说最小间隔可以达到1/60s。

基本使用：

CADisplayLink * displayLink = [CADisplayLink displayLinkWithTarget:self selector:@selector(logInfo)];
[displayLink addToRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];

3、GCD定时器

我们知道，RunLoop是dispatch_source_t实现的timer，所以理论上来说，GCD定时器的精度比NSTimer只高不低。

基本使用:

NSTimeInterval interval = 1.0;
_timer = dispatch_source_create(DISPATCH_SOURCE_TYPE_TIMER, 0, 0, dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0));
dispatch_source_set_timer(_timer, dispatch_walltime(NULL, 0), interval * NSEC_PER_SEC, 0);
dispatch_source_set_event_handler(_timer, ^{
    NSLog(@"GCD timer test");
});
dispatch_resume(_timer);

总结

从结果看，NSTimer在其使用场景下足够准了，对于“不准”更多是集中在对其错误的使用方式上，只要我们足够深入了解，正确地使用，就能让它“准”。

实际上，苹果也不推荐使用太高精度的定时器，对于NSTimer，精度在50-100ms都是正常的，如果我们需要足够高精度地进行计时，比如统计APP启动时间、一段任务代码的运行时间等等，NSTimer不是一个好的选择，mach_absolute_time()或者可以帮到你，苹果开发工具也带有更专业的API或者插件提供给开发者。