System.Threading.Timer如何正确地被Dispose

System.Threading.Timer是.NET中一个定时触发事件处理方法的类（本文后面简称Timer），它背后依靠的是.NET的线程池（ThreadPool），所以当Timer在短时间内触发了过多的事件处理方法后，可能会造成事件处理方法在线程池（ThreadPool）中排队，可以参考这篇文章。

我们启动Timer后，如果我们想停止它，必须要用到Timer.Dispose方法，该方法会让Timer停止启动新的线程去执行事件处理方法，但是已经在线程池（ThreadPool）中处理和排队的事件处理方法还是会被继续执行，而Timer.Dispose方法会立即返回，它并不会被阻塞来等待剩下在线程池（ThreadPool）中处理和排队的事件处理方法都执行完毕。

所以这个时候我们需要一个机制来知道当Timer.Dispose方法被调用后，剩下在线程池（ThreadPool）中处理和排队的事件处理方法，是否都已经被执行完毕了。这个时候我们需要用到Timer的bool Dispose(WaitHandle notifyObject)重载方法，这个Dispose方法会传入一个WaitHandle notifyObject参数，当Timer剩下在线程池（ThreadPool）中处理和排队的事件处理方法都执行完毕后，Timer会给Dispose方法传入的WaitHandle notifyObject参数发出一个信号，而我们可以通过WaitHandle.WaitOne方法来等待该信号，在收到信号前WaitHandle.WaitOne方法会被一直阻塞，代码如下所示（基于.NET Core控制台项目）：

using System;
using System.Threading;

namespace TimerDispose
{
    class Program
    {
        static Timer timer = null;
        static ManualResetEvent timerDisposed = null;//ManualResetEvent继承WaitHandle
        static int timeCount = ;

        static void CreateAndStartTimer()
        {
            //初始化Timer，设置触发间隔为2000毫秒，设置dueTime参数为Timeout.Infinite表示不启动Timer
            timer = new Timer(TimerCallBack, null, Timeout.Infinite, );
            //启动Timer，设置dueTime参数为0表示立刻启动Timer
            timer.Change(, );
        }

        /// <summary>
        /// TimerCallBack方法是Timer每一次触发后的事件处理方法
        /// </summary>
        static void TimerCallBack(object state)
        {
            //模拟做一些处理逻辑的事情

            timeCount++;//每一次Timer触发调用TimerCallBack方法后，timeCount会加1

            //当timeCount为100的时候，调用Timer.Change方法来改变Timer的触发间隔为1000毫秒
            if (timeCount == )
            {
                timer.Change(, );
            }
        }

        static void Main(string[] args)
        {
            CreateAndStartTimer();

            Console.WriteLine("按任意键调用Timer.Dispose方法...");
            Console.ReadKey();

            timerDisposed = new ManualResetEvent(false);
            timer.Dispose(timerDisposed);//调用Timer的bool Dispose(WaitHandle notifyObject)重载方法，来结束Timer的触发，当线程池中的所有TimerCallBack方法都执行完毕后，Timer会发一个信号给timerDisposed

            timerDisposed.WaitOne();//WaitHandle.WaitOne()方法会等待收到一个信号，否则一直被阻塞
            timerDisposed.Dispose();

            Console.WriteLine("Timer已经结束，按任意键结束整个程序...");
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

但是我们上面的代码中的TimerCallBack事件处理方法有一个逻辑，也就是当timeCount变量增加到100的时候，我们会调用Timer.Change方法，更改Timer的触发间隔为1000毫秒。而Timer.Change方法是不能够在Timer.Dispose方法后调用的，也就是说当一个Timer调用了Dispose方法后，就不能再调用Timer.Change方法了，否则Timer.Change方法会抛出ObjectDisposedException异常，对此MSDN上的解释如下：

If the callback uses the Change method to set the dueTime parameter to zero, a race condition can occur when the Dispose(WaitHandle) method overload is called: If the timer queues a new callback before the Dispose(WaitHandle) method overload detects that there are no callbacks queued, Dispose(WaitHandle) continues to block; otherwise, the timer is disposed while the new callback is being queued, and an ObjectDisposedException is thrown when the new callback calls the Change method.

然而在我们的代码中调用Timer.Dispose方法和TimerCallBack事件处理方法是并行的，因为Timer.Dispose方法是在程序主线程上执行的，而TimerCallBack事件处理方法是在线程池（ThreadPool）中的线程上执行的，所以Timer.Dispose方法执行后，很有可能会再执行TimerCallBack事件处理方法，这时候如果恰好timeCount变量也增加到100了，会导致Timer.Change方法在Timer.Dispose方法后执行，抛出ObjectDisposedException异常。

对此我们要对我们的代码稍作更改，在TimerCallBack事件处理方法中来捕捉ObjectDisposedException异常：

using System;
using System.Threading;

namespace TimerDispose
{
    class Program
    {
        static Timer timer = null;
        static ManualResetEvent timerDisposed = null;//ManualResetEvent继承WaitHandle
        static int timeCount = ;

        static void CreateAndStartTimer()
        {
            //初始化Timer，设置触发间隔为2000毫秒，设置dueTime参数为Timeout.Infinite表示不启动Timer
            timer = new Timer(TimerCallBack, null, Timeout.Infinite, );
            //启动Timer，设置dueTime参数为0表示立刻启动Timer
            timer.Change(, );
        }

        /// <summary>
        /// TimerCallBack方法是Timer每一次触发后的事件处理方法
        /// </summary>
        static void TimerCallBack(object state)
        {
            //模拟做一些处理逻辑的事情

            timeCount++;//每一次Timer触发调用TimerCallBack方法后，timeCount会加1

            //当timeCount为100的时候，调用Timer.Change方法来改变Timer的触发间隔为1000毫秒
            if (timeCount == )
            {
                //添加try catch代码块，来捕捉Timer.Change方法抛出的ObjectDisposedException异常
                try
                {
                    timer.Change(, );
                }
                catch (ObjectDisposedException)
                {
                    //当Timer.Change方法抛出ObjectDisposedException异常后的处理逻辑
                    Console.WriteLine("在Timer.Dispose方法执行后，再调用Timer.Change方法已经没有意义");
                }
            }
        }

        static void Main(string[] args)
        {
            CreateAndStartTimer();

            Console.WriteLine("按任意键调用Timer.Dispose方法...");
            Console.ReadKey();

            timerDisposed = new ManualResetEvent(false);
            timer.Dispose(timerDisposed);//调用Timer的bool Dispose(WaitHandle notifyObject)重载方法，来结束Timer的触发，当线程池中的所有TimerCallBack方法都执行完毕后，Timer会发一个信号给timerDisposed

            timerDisposed.WaitOne();//WaitHandle.WaitOne()方法会等待收到一个信号，否则一直被阻塞
            timerDisposed.Dispose();

            Console.WriteLine("Timer已经结束，按任意键结束整个程序...");
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

所以这样我们可以防止Timer.Change方法在Timer.Dispose方法后意外抛出ObjectDisposedException异常使整个程序报错终止，至少异常抛出时我们是有代码去处理的。

而国外的一位高手不仅考虑到了Timer.Change方法会抛出ObjectDisposedException异常，他还给WaitHandle.WaitOne方法添加了超时限制（_disposalTimeout），并且还加入了逻辑来防止Timer.Dispose方法被多次重复调用，注意Timer的bool Dispose(WaitHandle notifyObject)重载方法是会返回一个bool值的，如果它返回了false，那么表示Timer.Dispose方法已经被调用过了，代码如下所示：

using System;
using System.Threading;

namespace TimerDispose
{
    class SafeTimer
    {
        private readonly TimeSpan _disposalTimeout;

        private readonly System.Threading.Timer _timer;

        private bool _disposeEnded;

        public SafeTimer(TimeSpan disposalTimeout)
        {
            _disposalTimeout = disposalTimeout;
            _timer = new System.Threading.Timer(HandleTimerElapsed);
        }

        public void TriggerOnceIn(TimeSpan time)
        {
            try
            {
                _timer.Change(time, Timeout.InfiniteTimeSpan);
            }
            catch (ObjectDisposedException)
            {
                // race condition with Dispose can cause trigger to be called when underlying
                // timer is being disposed - and a change will fail in this case.
                // see
                // https://msdn.microsoft.com/en-us/library/b97tkt95(v=vs.110).aspx#Anchor_2
                if (_disposeEnded)
                {
                    // we still want to throw the exception in case someone really tries
                    // to change the timer after disposal has finished
                    // of course there's a slight race condition here where we might not
                    // throw even though disposal is already done.
                    // since the offending code would most likely already be "failing"
                    // unreliably i personally can live with increasing the
                    // "unreliable failure" time-window slightly
                    throw;
                }
            }
        }

        //Timer每一次触发后的事件处理方法
        private void HandleTimerElapsed(object state)
        {
            //Do something
        }

        public void Dispose()
        {
            using (var waitHandle = new ManualResetEvent(false))
            {
                // returns false on second dispose
                if (_timer.Dispose(waitHandle))
                {
                    if (!waitHandle.WaitOne(_disposalTimeout))
                    {
                        throw new TimeoutException(
                            "Timeout waiting for timer to stop. (...)");
                    }
                    _disposeEnded = true;
                }
            }
        }
    }
}

可以参考这个链接查看详情，需要注意的是里面有说到几点：

第1点：

Timer.Dispose(WaitHandle) can return false. It does so in case it's already been disposed (i had to look at the source code). In that case it won't set the WaitHandle - so don't wait on it! (Note: multiple disposal should be supported)

也就是说如果Timer的bool Dispose(WaitHandle notifyObject)重载方法返回了false，Timer是不会给WaitHandle notifyObject参数发出信号的，所以当Dispose方法返回false时，不要去调用WaitHandle.WaitOne方法。

第2点：

Timer.Dispose(WaitHandle) does not work properly with -Slim waithandles, or not as one would expect. For example, the following does not work (it blocks forever):

using (var manualResetEventSlim = new ManualResetEventSlim())
{
    timer.Dispose(manualResetEventSlim.WaitHandle);
    manualResetEventSlim.Wait();
}

也就是说不要用ManualResetEventSlim，否则ManualResetEventSlim.Wait方法会一直阻塞下去。

.NET的垃圾回收机制GC会回收销毁System.Threading.Timer

有一点需要注意，一旦我们创建并启动一个Timer对象后，它就自己在那里运行了，如果我们没有变量引用创建的Timer对象，那么.NET的垃圾回收机制GC会随时销毁我们创建的Timer对象，例如下面代码：

using System;
using System.Threading;

namespace TimerDispose
{
    class Program
    {
        static void CreateAndStartTimer()
        {
            //初始化并启动Timer，设置触发间隔为2000毫秒，设置dueTime参数为0表示立刻启动Timer
            //由于我们这里创建的Timer对象没有被任何变量引用，只存在于方法CreateAndStartTimer中，所以.NET的垃圾回收机制GC会随时销毁该Timer对象
            new Timer(TimerCallBack, null, , );
        }

        /// <summary>
        /// TimerCallBack方法是Timer每一次触发后的事件处理方法
        /// </summary>
        static void TimerCallBack(object state)
        {
            //模拟做一些处理逻辑的事情
        }

        static void Main(string[] args)
        {
            CreateAndStartTimer();

            Console.WriteLine("按任意键结束整个程序...");
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

上面代码的问题在于我们在CreateAndStartTimer方法中创建的Timer对象，没有被任何外部变量引用，只存在于CreateAndStartTimer方法中，所以一旦CreateAndStartTimer方法执行完毕后，Timer对象随时可能会被.NET的垃圾回收机制GC销毁，而这可能并不是我们期望的行为。

对此有如下解决方案：

在CreateAndStartTimer方法中创建Timer对象后，将其指定给一个程序全局都可以访问到的变量：

using System;
using System.Threading;

namespace TimerDispose
{
    class Program
    {
        //变量timer，用于引用CreateAndStartTimer方法内部创建的Timer对象
        static Timer timer = null;

        static void CreateAndStartTimer()
        {
            //初始化Timer，设置触发间隔为2000毫秒，设置dueTime参数为Timeout.Infinite表示不启动Timer
            //将创建的Timer对象，指定给一个程序全局都可以访问到的变量timer，防止Timer对象被.NET的垃圾回收机制GC销毁
            timer = new Timer(TimerCallBack, null, Timeout.Infinite, );
            //启动Timer，设置dueTime参数为0表示立刻启动Timer
            timer.Change(, );
        }

        /// <summary>
        /// TimerCallBack方法是Timer每一次触发后的事件处理方法
        /// </summary>
        static void TimerCallBack(object state)
        {
            //模拟做一些处理逻辑的事情
        }

        static void Main(string[] args)
        {
            CreateAndStartTimer();

            Console.WriteLine("按任意键结束整个程序...");
            Console.ReadKey();

            ManualResetEvent timerDisposed = new ManualResetEvent(false);
            timer.Dispose(timerDisposed);

            timerDisposed.WaitOne();
            timerDisposed.Dispose();
        }
    }
}

由于现在CreateAndStartTimer方法内部创建的Timer对象，可以通过变量timer被整个程序访问到，所以就不会被.NET的垃圾回收机制GC销毁掉了。

为什么要先初始化Timer，再启动Timer

上面的代码中可以看到，我们都是先初始化Timer，再启动Timer，如下所示：

//初始化Timer，设置触发间隔为2000毫秒，设置dueTime参数为Timeout.Infinite表示不启动Timer
timer = new Timer(TimerCallBack, null, Timeout.Infinite, );
//启动Timer，设置dueTime参数为0表示立刻启动Timer
timer.Change(, );

那么我们为什么不将初始化和启动Timer在一行代码中完成呢，如下所示：

//初始化并启动Timer，设置触发间隔为2000毫秒，设置dueTime参数为0表示立刻启动Timer
timer = new Timer(TimerCallBack, null, , );

要解释这个问题，我们先来看看下面的代码：

using System;
using System.Threading;

namespace TimerDispose
{
    class Program
    {
        static Timer timer = null;

        static void CreateAndStartTimer()
        {
            //初始化并启动Timer，设置触发间隔为2000毫秒，设置dueTime参数为0表示立刻启动Timer
            timer = new Timer(TimerCallBack, null, , );
        }

        /// <summary>
        /// TimerCallBack方法是Timer每一次触发后的事件处理方法
        /// </summary>
        static void TimerCallBack(object state)
        {
            //模拟做一些处理逻辑的事情

            //调用Timer.Change方法来改变Timer的触发间隔为1000毫秒
            //由于调用下面timer.Change方法时，可能CreateAndStartTimer方法中的timer变量还没有被赋值，timer变量为null，所以会引发NullReferenceException异常
            timer.Change(, );
        }

        static void Main(string[] args)
        {
            CreateAndStartTimer();

            Console.WriteLine("按任意键结束整个程序...");
            Console.ReadKey();

            ManualResetEvent timerDisposed = new ManualResetEvent(false);
            timer.Dispose(timerDisposed);

            timerDisposed.WaitOne();
            timerDisposed.Dispose();
        }
    }
}

前面我们说了，TimerCallBack事件处理方法是在线程池（ThreadPool）中的线程上执行的，而我们可以看到CreateAndStartTimer方法是在程序主线程上执行的，所以当我们在CreateAndStartTimer方法中，立刻启动Timer后，TimerCallBack事件处理方法就开始在线程池（ThreadPool）中的线程上执行了，而这时有可能在CreateAndStartTimer方法中主线程还没执行到给timer变量赋值这个步骤（new Timer(...)执行完了，但是还没来得及给左边的变量timer赋值），所以会导致TimerCallBack事件处理方法中执行timer.Change时，timer变量还为null，引发NullReferenceException异常。

因此我们必须要保证当timer变量被赋值了后，才启动Timer对象，如下所示，先初始化Timer并赋值给timer变量，再启动Timer：

using System;
using System.Threading;

namespace TimerDispose
{
    class Program
    {
        static Timer timer = null;

        static void CreateAndStartTimer()
        {
            //初始化Timer，设置触发间隔为2000毫秒，设置dueTime参数为Timeout.Infinite表示不启动Timer
            timer = new Timer(TimerCallBack, null, Timeout.Infinite, );
            //启动Timer，设置dueTime参数为0表示立刻启动Timer，此时timer变量肯定不会为null了
            timer.Change(, );
        }

        /// <summary>
        /// TimerCallBack方法是Timer每一次触发后的事件处理方法
        /// </summary>
        static void TimerCallBack(object state)
        {
            //模拟做一些处理逻辑的事情

            //调用Timer.Change方法来改变Timer的触发间隔为1000毫秒
            //由于调用下面timer.Change方法时，timer变量已经被赋值不为null，所以不会引发NullReferenceException异常
            timer.Change(, );
        }

        static void Main(string[] args)
        {
            CreateAndStartTimer();

            Console.WriteLine("按任意键结束整个程序...");
            Console.ReadKey();

            ManualResetEvent timerDisposed = new ManualResetEvent(false);
            timer.Dispose(timerDisposed);

            timerDisposed.WaitOne();
            timerDisposed.Dispose();
        }
    }
}

这样由于我们是在CreateAndStartTimer方法中给timer变量赋值了后，才启动Timer对象，所以当执行TimerCallBack事件处理方法时，timer变量就肯定不会为null了，TimerCallBack事件处理方法中执行timer.Change时，不会引发NullReferenceException异常。