[转] C#异步操作

Title

通过委托实现异步调用中BeginInvoke及回调函数的使用

通过委托实现异步调用的步骤：

1.定义委托。

2.将要进行异步调用的方法“实例化”到定义的委托。

3.在委托上调用BeginInvoke方法。其中，BeginInvoke的参数由三个部分构成。第一部分：所定义的委托的函数签名。

第二部分：希望调用的回调函数的委托。第三部分：自定义委托的实例（该实例将会在回调函数中的IAsyncResult的AsyncRState属性中重构出我们在步骤2中定义的委托实例，并借助这个实例来调用EndInvoke方法。）

4.如果我们希望在当前线程来处理异步调用的结果，则可以使用BeginInvoke方法返回一个IAsyncResult实例(例如ar)

并在当前线程等待。如果我们希望在异步线程中通过回调函数来处理结果，则我们需要在3中传递一个回调委托，并在该处理中调用EndInvoke方法。

以下是一段Programming C#（4版）中的一段实例：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading;

namespace property
{
    public class DelegateClass
    {
        public delegate int AsyncSampDelegate();
        public event AsyncSampDelegate delEvent;

        public void Run()
        {
            Console.WriteLine("The Run Thread is {0}", Thread.CurrentThread.GetHashCode());
            foreach (AsyncSampDelegate del in delEvent.GetInvocationList())
            {
                del.BeginInvoke(new AsyncCallback(ReturnAsync), del);
            }
        }

        public void ReturnAsync(IAsyncResult ar)
        {
            //获得调用委托实例的引用
            AsyncSampDelegate del = (AsyncSampDelegate)ar.AsyncState;
            int result = del.EndInvoke(ar);
            Console.WriteLine("The result is {0},The Thread is {1}", result, Thread.CurrentThread.GetHashCode());
        }
    }

    public class FirstSubscribe
    {
        private int myCount = 0;

        public void AddFunToDel(DelegateClass tmpDel)
        {
            tmpDel.delEvent+=new DelegateClass.AsyncSampDelegate(FirstFun);
        }


        public int FirstFun()
        {
            return myCount++;
        }
    }

    public class SecondSubscribe
    {
        private int myCount = 0;

        public void AddFunToDel(DelegateClass tmpDel)
        {
            tmpDel.delEvent+=new DelegateClass.AsyncSampDelegate(SecondFun);
        }

        public int SecondFun()
        {
            return myCount += 2;
        }
    }

    public class App
    {
        static void Main()
        {
            DelegateClass delClass = new DelegateClass();
            FirstSubscribe fs = new FirstSubscribe();
            SecondSubscribe ss = new SecondSubscribe();

            fs.AddFunToDel(delClass);
            ss.AddFunToDel(delClass);

            Console.WriteLine("The Main Thread is {0}", Thread.CurrentThread.GetHashCode());
            delClass.Run();
            Console.Read();
        }
    }
} 

 

 

 

多线程和异步操作的异同

　　多线程和异步操作两者都可以达到避免调用线程阻塞的目的，从而提高软件的可响应性。甚至有些时候我们就认为多线程和异步操作是等同的概念。但是，多线程和异步操作还是有一些区别的。而这些区别造成了使用多线程和异步操作的时机的区别。

　　异步操作的本质

　 　所有的程序最终都会由计算机硬件来执行，所以为了更好的理解异步操作的本质，我们有必要了解一下它的硬件基础。 熟悉电脑硬件的朋友肯定对DMA这个词不陌生，硬盘、光驱的技术规格中都有明确DMA的模式指标，其实网卡、声卡、显卡也是有DMA功能的。DMA就是直 接内存访问的意思，也就是说，拥有DMA功能的硬件在和内存进行数据交换的时候可以不消耗CPU资源。只要CPU在发起数据传输时发送一个指令，硬件就开 始自己和内存交换数据，在传输完成之后硬件会触发一个中断来通知操作完成。这些无须消耗CPU时间的I/O操作正是异步操作的硬件基础。所以即使在DOS 这样的单进程（而且无线程概念）系统中也同样可以发起异步的DMA操作。

　　线程的本质

　　线程不是一个计算机硬件的功能，而是操作系统提供的一种逻辑功能，线程本质上是进程中一段并发运行的代码，所以线程需要操作系统投入CPU资源来运行和调度。

　　异步操作的优缺点

　 　因为异步操作无须额外的线程负担，并且使用回调的方式进行处理，在设计良好的情况下，处理函数可以不必使用共享变量（即使无法完全不用，最起码可以减少 共享变量的数量），减少了死锁的可能。当然异步操作也并非完美无暇。编写异步操作的复杂程度较高，程序主要使用回调方式进行处理，与普通人的思维方式有些 初入，而且难以调试。

　　多线程的优缺点

　　多线程的优点很明显，线程中的处理程序依然是顺序执行，符合普通人的思维习惯，所以编程简单。但是多线程的缺点也同样明显，线程的使用（滥用）会给系统带来上下文切换的额外负担。并且线程间的共享变量可能造成死锁的出现。

　　适用范围

　 　在了解了线程与异步操作各自的优缺点之后，我们可以来探讨一下线程和异步的合理用途。我认为：当需要执行I/O操作时，使用异步操作比使用线程+同步 I/O操作更合适。I/O操作不仅包括了直接的文件、网络的读写，还包括数据库操作、Web Service、HttpRequest以及.net Remoting等跨进程的调用。

　　而线程的适用范围则是那种需要长时间CPU运算的场合，例如耗时较长的图形处理和算法执行。但是往 往由于使用线程编程的简单和符合习惯，所以很多朋友往往会使用线程来执行耗时较长的I/O操作。这样在只有少数几个并发操作的时候还无伤大雅，如果需要处 理大量的并发操作时就不合适了。

　　实例研究

　　说了那么理论上的东西，可能有些兄弟早就不耐烦了，现在我们来研究几个实际的异步操作例子吧。

　　实例1：由delegate产生的异步方法到底是怎么回事？

　　大家可能都知道，使用delegate可以“自动”使一个方法可以进行异步的调用。从直觉上来说，我觉得是由编译器或者CLR使用了另外的线程来执行目标方法。到底是不是这样呢？让我们来用一段代码证明一下吧。

 

using System;
using System.Threading;

namespace AsyncDelegateDemo
{
  delegate void AsyncFoo(int i);
  class Program
  {
    /// <summary>
    /// 输出当前线程的信息
    /// </summary>
   /// <param name="name">方法名称</param>

    static void PrintCurrThreadInfo(string name)
    {
      Console.WriteLine("Thread Id of " + name+ " is: " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId+ ", current thread is "
      + (Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread ? "" : "not ")
      + "thread pool thread.");
    }

    /// <summary>
    /// 测试方法，Sleep一定时间
    /// </summary>
    /// <param name="i">Sleep的时间</param>
    static void Foo(int i)
    {
       PrintCurrThreadInfo("Foo()");
       Thread.Sleep(i);
    }

    /// <summary>
    /// 投递一个异步调用
    /// </summary>
    static void PostAsync()
    {
      AsyncFoo caller = new AsyncFoo(Foo);
      caller.BeginInvoke(1000, new AsyncCallback(FooCallBack), caller);
    }

    static void Main(string[] args)
    {
      PrintCurrThreadInfo("Main()");
      for(int i = 0; i < 10 ; i++)
      {
         PostAsync();
      }
      Console.ReadLine();
    }

    static void FooCallBack(IAsyncResult ar)
    {
      PrintCurrThreadInfo("FooCallBack()");
      AsyncFoo caller = (AsyncFoo) ar.AsyncState;
      caller.EndInvoke(ar);
    }
  }
} 

这段代码代码的输出如下：

Thread Id of Main() is: 1, current thread is not thread pool thread.

Thread Id of Foo() is: 3, current thread is thread pool thread.

Thread Id of FooCallBack() is: 3, current thread is thread pool thread.

Thread Id of Foo() is: 3, current thread is thread pool thread.

Thread Id of Foo() is: 4, current thread is thread pool thread.

Thread Id of Foo() is: 5, current thread is thread pool thread.

Thread Id of FooCallBack() is: 3, current thread is thread pool thread.

Thread Id of Foo() is: 3,

 

 ///

http://www.cnsdn.com.cn/blog/article.asp?id=2164

///

 

　　。NET Framework 为异步操作提供了两种设计模式：使用 IAsyncResult 对象的异步操作与使用事件的异步操作。先来学习前者

　　概述

　　IAsyncResult 异步设计模式通过名为 BeginOperationName 和 EndOperationName 的两个方法来实现原同步方法的异步调用，如 FileStream 类提供了 BeginRead 和 EndRead 方法来从文件异步读取字节，它们是 Read 方法的异步版本

　　Begin 方法包含同步方法签名中的任何参数，此外还包含另外两个参数：一个AsyncCallback 委托和一个用户定义的状态对象。委托用来调用回调方法，状态对象是用来向回调方法传递状态信息。该方法返回一个实现 IAsyncResult 接口的对象

　　End 方法用于结束异步操作并返回结果，因此包含同步方法签名中的 ref 和 out 参数，返回值类型也与同步方法相同。该方法还包括一个 IAsyncResult 参数，用于获取异步操作是否完成的信息，当然在使用时就必须传入对应的 Begin 方法返回的对象实例

　　开始异步操作后如果要阻止应用程序，可以直接调用 End 方法，这会阻止应用程序直到异步操作完成后再继续执行。也可以使用 IAsyncResult 的 AsyncWaitHandle 属性，调用其中的WaitOne等方法来阻塞线程。这两种方法的区别不大，只是前者必须一直等待而后者可以设置等待超时

　　如果不阻止应用程序，则可以通过轮循 IAsyncResult 的 IsCompleted 状态来判断操作是否完成，或使用 AsyncCallback 委托来结束异步操作。AsyncCallback 委托包含一个 IAsyncResult 的签名，回调方法内部再调用 End 方法来获取操作执行结果

　　尝试

　　先来熟悉一下今天的主角，IAsyncResult 接口

public interface IAsyncResult
{
object AsyncState { get; }
WaitHandle AsyncWaitHandle { get; }
bool CompletedSynchronously { get; }
bool IsCompleted { get; }
}
            
 


　　我用一个 AsyncDemo 类作为异步方法的提供者，后面的程序都会调用它。内部很简单，构造函数接收一个字符串作为 name ，Run 方法输出 "My name is " + name ，而异步方法直接用委托的 BeginInvoke 和 EndInvoke 方法实现

public class AsyncDemo
{
// Use in asynchronous methods
private delegate string runDelegate();
private string m_Name;
private runDelegate m_Delegate;
public AsyncDemo(string name)
{
m_Name = name;
m_Delegate = new runDelegate(Run);
}
/**
/// Synchronous method
///
///
public string Run()
{
return "My name is " + m_Name;
}
/**
/// Asynchronous begin method
///
///
///
///
public IAsyncResult BeginRun(AsyncCallback callBack, Object stateObject)
{
try
{
return m_Delegate.BeginInvoke(callBack, stateObject);
}
catch(Exception e)
{
// Hide inside method invoking stack
throw e;
}
}
/**
/// Asynchronous end method
///
///
///
public string EndRun(IAsyncResult ar)
{
if (ar == null)
throw new NullReferenceException("Arggument ar can't be null");
try
{
return m_Delegate.EndInvoke(ar);
}
catch (Exception e)
{
// Hide inside method invoking stack
throw e;
}
}
            } 
 


　　首先是 Begin 之后直接调用 End 方法，当然中间也可以做其他的操作

class AsyncTest
{
static void Main(string[] args)
{
AsyncDemo demo = new AsyncDemo("jiangnii");
// Execute begin method
IAsyncResult ar = demo.BeginRun(null, null);
// You can do other things here
// Use end method to block thread until the operation is complete
string demoName = demo.EndRun(ar);
Console.WriteLine(demoName);
}
            } 
 


　　也可以用 IAsyncResult 的 AsyncWaitHandle 属性，我在这里设置为1秒超时

class AsyncTest
{
static void Main(string[] args)
{
AsyncDemo demo = new AsyncDemo("jiangnii");
// Execute begin method
IAsyncResult ar = demo.BeginRun(null, null);
// You can do other things here
// Use AsyncWaitHandle.WaitOne method to block thread for 1 second at most
ar.AsyncWaitHandle.WaitOne(1000, false);
if (ar.IsCompleted)
{
// Still need use end method to get result, 
// but this time it will return immediately
string demoName = demo.EndRun(ar);
Console.WriteLine(demoName);
}
else
{
Console.WriteLine("Sorry, can't get demoName, the time is over");
}
}
            } 
 


　　不中断的轮循，每次循环输出一个 "."

class AsyncTest
{
static void Main(string[] args)
{
AsyncDemo demo = new AsyncDemo("jiangnii");
// Execute begin method
IAsyncResult ar = demo.BeginRun(null, null);
Console.Write("Waiting..");
while (!ar.IsCompleted)
{
Console.Write(".");
// You can do other things here
}
Console.WriteLine();
// Still need use end method to get result, 
// but this time it will return immediately
string demoName = demo.EndRun(ar);
Console.WriteLine(demoName);
}
            } 
 


　　最后是使用回调方法并加上状态对象，状态对象被作为 IAsyncResult 参数的 AsyncState 属性被传给回调方法。回调方法执行前不能让主线程退出，我这里只是简单的让其休眠了1秒。另一个与之前不同的地方是 AsyncDemo 对象被定义成了类的静态字段，以便回调方法使用

 class AsyncTest
{
static AsyncDemo demo = new AsyncDemo("jiangnii");
static void Main(string[] args)
{
// State object
bool state = false;
// Execute begin method
IAsyncResult ar = demo.BeginRun(new AsyncCallback(outPut), state);
// You can do other thins here
// Wait until callback finished
System.Threading.Thread.Sleep(1000);
}
// Callback method
static void outPut(IAsyncResult ar)
{
bool state = (bool)ar.AsyncState;
string demoName = demo.EndRun(ar);
if (state)
{
Console.WriteLine(demoName);
}
else
{
Console.WriteLine(demoName + ", isn't it?");
}
}
            } 
 


　　其他

　　对于一个已经实现了 BeginOperationName 和 EndOperationName 方法的对象，我们可以直接用上述方式调用，但对于只有同步方法的对象，我们要对其进行异步调用也不需要增加对应的异步方法，而只需定义一个委托并使用其 BeginInvoke 和 EndInvoke 方法就可以了