如何在 Swift 中实现非常准确的计时？

Question

我正在开发一款具有 arpeggio/sequencing 功能的音乐应用，该功能需要很高的计时精度。目前，使用“定时器”我已经达到了平均抖动约 5 毫秒的精度，但最大抖动约 11 毫秒，这对于 8 分音符、16 分音符和 32 分音符的快速琶音来说是不可接受的。

我读过 'CADisplayLink' 比 'Timer' 更准确，但由于它的准确度限制为 1/60 秒（~16-17 毫秒），所以看起来与我用 Timer.

取得的结果相比，这将是一种不太准确的方法

深入研究 CoreAudio 是否是实现我想要的唯一途径？有没有其他方法可以实现更准确的计时？

Answer 1

对于可接受的音乐准确节奏，唯一合适的定时源是使用 Core Audio 或 AVFoundation。

Answer 2

我在 iPhone 7 上用 1000 个数据点以 0.05 秒的间隔对 Timer 和 DispatchSourceTimer（又名 GCD 计时器）进行了一些测试。我原以为 GCD 计时器会明显更准确（假设它有一个专用队列），但我发现它们具有可比性，我的各种试验的标准偏差范围为 0.2-0.8 毫秒，与平均值的最大偏差约为 2 -8 毫秒。

当按照 Technical Note TN2169: High Precision Timers in iOS / OS X 中所述尝试 mach_wait_until 时，我获得的计时器的准确度大约是我使用 Timer 或 GCD 计时器获得的精度的 4 倍。

话虽如此，我并不完全相信 mach_wait_until 是最好的方法，因为 thread_policy_set 的具体策略值的确定似乎没有很好的记录。但是下面的代码反映了我在测试中使用的值，使用的代码改编自 and TN2169:

var timebaseInfo = mach_timebase_info_data_t()

func configureThread() {
    mach_timebase_info(&timebaseInfo)
    let clock2abs = Double(timebaseInfo.denom) / Double(timebaseInfo.numer) * Double(NSEC_PER_SEC)

    let period      = UInt32(0.00 * clock2abs)
    let computation = UInt32(0.03 * clock2abs) // 30 ms of work
    let constraint  = UInt32(0.05 * clock2abs)

    let THREAD_TIME_CONSTRAINT_POLICY_COUNT = mach_msg_type_number_t(MemoryLayout<thread_time_constraint_policy>.size / MemoryLayout<integer_t>.size)

    var policy = thread_time_constraint_policy()
    var ret: Int32
    let thread: thread_port_t = pthread_mach_thread_np(pthread_self())

    policy.period = period
    policy.computation = computation
    policy.constraint = constraint
    policy.preemptible = 0

    ret = withUnsafeMutablePointer(to: &policy) {
        [=10=].withMemoryRebound(to: integer_t.self, capacity: Int(THREAD_TIME_CONSTRAINT_POLICY_COUNT)) {
            thread_policy_set(thread, UInt32(THREAD_TIME_CONSTRAINT_POLICY), [=10=], THREAD_TIME_CONSTRAINT_POLICY_COUNT)
        }
    }

    if ret != KERN_SUCCESS {
        mach_error("thread_policy_set:", ret)
        exit(1)
    }
}

然后我可以做：

private func nanosToAbs(_ nanos: UInt64) -> UInt64 {
    return nanos * UInt64(timebaseInfo.denom) / UInt64(timebaseInfo.numer)
}

private func startMachTimer() {
    Thread.detachNewThread {
        autoreleasepool {
            self.configureThread()

            var when = mach_absolute_time()
            for _ in 0 ..< maxCount {
                when += self.nanosToAbs(UInt64(0.05 * Double(NSEC_PER_SEC)))
                mach_wait_until(when)

                // do something
            }
        }
    }
}

请注意，您可能想看看 when 是否还没有过去（如果您无法在分配的时间内完成处理，您希望确保您的计时器不会积压），但希望这能说明这个想法。

无论如何，使用 mach_wait_until，我实现了比 Timer 或 GCD 计时器更高的保真度，但代价是 CPU/power 消耗，如 What are the do's and dont's of code running with high precision timers? [=24= 中所述]

感谢您对最后一点的怀疑，但我怀疑深入研究 CoreAudio 并看看它是否可以提供更强大的解决方案是明智的。

Answer 3

我自己正在开发一个音序器应用程序，我强烈建议将 AudioKit 用于这些目的。它有自己的音序器 class。 https://audiokit.io/

如何在 Swift 中实现非常准确的计时？

How do I achieve very accurate timing in Swift?

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