异步编程模式学习

最近，在学习C#多线程编程，也看了园子里的很多大牛的关于多线程的文章，梳理下自己的思路，也总结下异步编程模式的学习。

很喜欢Jimmy Zhang的文章风格，在刚刚学习委托和事件的时候，Jimmy的文章的由浅入深的写作对我对委托和事件的学习的帮助很大。我也学这个Jimmy的文风，和大家交流下。废话不多说的，通过一个抛12点的小游戏的例子进入正题。

没有异步模式的多线程实现

游戏的规则：游戏随机产生的0到12之间的数字，碰到数字12游戏结束。实现如下：例1

static void Main(string[] args){Thread thread = new Thread(new ThreadStart(ThreadFun));thread.Start();Console.WriteLine("Game is starting...");thread.Join();Console.WriteLine("Number 12 is createed.Game is over...");Console.ReadKey();}static void ThreadFun(){Random rnd = new Random();int rndNum;do{rndNum = rnd.Next(0, 13);Console.WriteLine(rndNum);} while (rndNum != 12);}

异步编程模式的实现

这个小游戏的异步模式编程实现如下代码：例2

delegate void asycInvoker();static void Main(string[] args){asycInvoker asycHander = ThreadFun;//此处是asycInvoker asycHander = new asycInvoker(ThreadFun)的快捷语法IAsyncResult result = asycHander.BeginInvoke(null,null);Console.WriteLine("Game is starting...");asycHander.EndInvoke(result);Console.WriteLine("Number 12 is createed.Game is over...");Console.ReadKey();}static void ThreadFun(){Random rnd = new Random();int rndNum;do{rndNum = rnd.Next(0, 13);Console.WriteLine(rndNum);} while (rndNum != 12);}

异步编程模式和多线程的关系

异步编程模式技术为多线程处理技术的强大扩展方式。C#的异步模式的内部的实现是通过线程池的挂起和释放实现一步操作。C#的异步模式的好处降低创建和销毁线程相关的成本，CLR为每一个进程维护一个线程池。

由此，我们必须清楚线程池的优缺点的。线程池的优点是很明显的，缺点是一旦加入线程池，就没办法控制程序的执行，程序的执行都在线程池的自动管理。

.NET的异步编程模式

Net 在设计的时候为异步编程设计了一个异步编程模型（APM），这个模型不仅是使用.NET的开发人员使用，.Net内部也频繁用到。通过使用委托，我们可以异步实现委托列表上的方法（委托列表只能有一个方法）。委托类有两个方法：叫做BeginInvoke和EndInvoke,他们就是用来实现异步操作过程。

当我们调用委托的BeginInvoke方法时，它开始在线程池中的独立线程上执行引用方法，并且立即返回原始线程。原始线程可以继续，而引用方法会在线程池的线程中执行。

当程序异步方法执行的时候，主线程和异步方法的线程池线程之间的同步过程不同处理，就会有不同的实现模式，当异步方法执行结束，可以检查BeginInvoke返回的IAsyncResult的IsCompleted属性，或者调用委托的EndInvoke方法等待委托的完成，或着在委托的回调方法中调用EndInvoke方法完成委托。

上述过程有异步编程的3种标准模式的过程。这三种过程，原始线程都发起了一个异步方法，这些模式不同的是，原始线程获得发起的线程已经完成的消息的方式。标准的三种模式有等待完成模式、轮询模式和回调模式。通过代码将每一种模式表述下：

等待-结束模式

在这个模式中，原始线程发起异步模式方法的调用，原始线程和异步方法所在的线程池线程并发（可能这里用并发描述不是很恰当）运行，如果原始线程一直到调用委托方法的EndInvoke时，委托方法还没有执行完，原始线程就等待异步线程结束，如果有返回值的话，返回异步方法的返回值。代码如例1所示。

AsyncResult类

在BeginInvoke方法的调用的时候，返回一个IAsyncResult接口的引用，在内部实现AsyncResult类的对象。AsyncResult类表现了异步方法的状态。有关这个类的需要说明的如下：

我们调用委托对象的BeginInvoke方法时，系统创建了一个AsyncResult类的对象。BeingInvoke方法返回对象实现的接口的引用。
AsyncResult对象包含一个叫做AsyncDelegate的属性，该属性返回指向被调用的产生异步方法的委托对象的引用。
IsCompleted属性表示异步方法是否完成。
AsyncState属性作为BeginInvoke方法调用时的state参数，他返回object类型的引用。

轮询模式

在轮询模式中，原始线程发起的异步方法的调用，原始线程就继续执行，然后用IasyncResult的IsComplete属性来定期检查异步线程是否完成。如果异步方法已经完成，原始线程就调用EndInvoke并继续，否则，继续检查执行。代码实例3

 delegate void asycInvoker();static void Main(string[] args){asycInvoker asycHander = new asycInvoker(ThreadFun);IAsyncResult result = asycHander.BeginInvoke(null,null);Console.WriteLine("Game is starting...");while (!result.IsCompleted){Console.WriteLine("Game is not completed...");//此处可以继续执行其他的逻辑
            }asycHander.EndInvoke(result);Console.WriteLine("Number 12 is createed.Game is over...");Console.ReadKey();}static void ThreadFun(){Thread.Sleep(100);//暂时挂起该线程，放大整个执行的过程Random rnd = new Random();int rndNum;do{rndNum = rnd.Next(0, 13);Console.WriteLine(rndNum);} while (rndNum != 12);}

回调模式

在前面的模式中，等待-结束和轮询模式中，初始线程都是继续自己的执行过程，等待异步的线程完成。然后，在EndInvoke获得异步方法的返回值，并初始线程继续后面的逻辑执行。在效率地上，轮询通常不是最好的方法。所以，在异步编程中使用通知机制，能在一个异步方法完成时触发一个方法。

我们回到BeginInvoke方法的参数来谈的，BeginInvoke的参数根据定义的委托类型不断变化的，但是最后两个参数是不会改变的，AsyncCllback委托类型的原型为：delegate void AsyncCallback(IAsyncResult result)，最后一个参数为object类型，稍后会谈到object类型解决的问题。回调的方法的通知机制关键就在AsyncCllback委托类型参数的使用，在AsyncCallback委托的实例中调用EndInvoke方法，返回异步方法的返回值，而AsyncCallback实例在异步方法一结束就调用。通过代码演练实例4：

 delegate void asycInvoker();static void Main(string[] args){asycInvoker asycHander = new asycInvoker(ThreadFun);IAsyncResult result = asycHander.BeginInvoke(new AsyncCallback(CallbackFun),null);Console.WriteLine("Game is starting...");Console.ReadKey();}static void CallbackFun(IAsyncResult result){AsyncResult asyncResult = (AsyncResult)result;asycInvoker handler = (asycInvoker)asyncResult.AsyncDelegate;handler.EndInvoke(result);Console.WriteLine("Number 12 is createed.Game is over...");}static void ThreadFun(){Console.WriteLine("asyncMethod is runing...");Random rnd = new Random();int rndNum;do{rndNum = rnd.Next(0, 13);Console.WriteLine(rndNum);} while (rndNum != 12);}

回调过程传递参数

为能具体的展示object类型参数的应用，这次将这个小程序的要求改变一下，我们可以随机选择结束的数字，游戏在产生我们需要的数字时结束。通过代码的演示例5

 delegate void asycInvoker(int endNum);static void Main(string[] args){Console.WriteLine("Select the End Number:");int endNum = int.Parse(Console.ReadLine());asycInvoker asycHander = new asycInvoker(ThreadFun);IAsyncResult result = asycHander.BeginInvoke(endNum,new AsyncCallback(CallbackFun),endNum);Console.WriteLine("Game is starting...");Console.ReadKey();}static void CallbackFun(IAsyncResult result){int endNum = (int)result.AsyncState;AsyncResult asyncResult = (AsyncResult)result;asycInvoker handler = (asycInvoker)asyncResult.AsyncDelegate;handler.EndInvoke(result);Console.WriteLine("Number {0} is createed.Game is over...",endNum);//此处为传递的参数的用途
        }static void ThreadFun(int endNum){Console.WriteLine("asyncMethod is runing...");Random rnd = new Random();int rndNum;do{rndNum = rnd.Next(0, endNum);Console.WriteLine(rndNum);} while (rndNum != 12);}