.Net组件程序设计之异步调用

说到异步调用,在脑海中首先想到就是BeginInvoke(),在一些常用对象中我们也会常常见到Invoke()和BeginInvoke(), 要想让自己的组件可以被客户端调用或者是异步调用,这样的设计是合理的,这也是组件异步机制当中的一条 (说句题外话--其实大多数知识都隐藏在我们平时经常见到的对象或者是代码里,只不过是没有去细心的发现) 在.NET中首先就会想到使用委托来进行异步调用,关于委托的定义在 委托与事件一文中已经大概的说过了,文中只是对委托进行了 大概的讲解,并没有对委托的使用来说明或者是例举一些示例。 在本篇中将会对委托进行一个基础的揭底,主要方向是异步调用。

一 委托的老调重弹

     public class Operation
     {
         public int Addition(int num1, int num2)
         {
             return num1 + num2;
         }
         public int Subtraction(int num1, int num2)
         {
             return num1 - num2;
         }
     }

没有必要直接使用Operation对象来进行加减运算,可以使用委托:

 public delegate int OperationDelegate(int num1, int num2);
 
 Operation operation = new Operation();
 OperationDelegate Additiondelegate = operation.Addition;
 
 int result;
 result = Additiondelegate.Invoke(, );
 Debug.Assert(result == );

在使用委托进行调用的时候,当前线程是被阻塞的,只有当委托执行完毕了,才会把控制权交回到当前线程。 不过呢,委托可以用于进行异步调用目标方法的,委托只是一种特定的类型,编译器会把我们定义的各式各样的委托编译成 对应的类,好比OperationDelegate委托一样,实则是被编译成这样的

     public sealed class OperationDelegate : MulticastDelegate
     {
         public OperationDelegate(Object target, int methodPtr) { }
         public virtual Invoke(int num1,int num2)
         {
             ……
         }
 
         public virtual IAsyncResult BeginInvoke(int num1,int num2,AsyncCallback 
 
 callback,object asyncState)
         {
             ……
         }
 
         public virtual int EndInvoke(IAsyncResult result)
         {
             ……
         }
     }

这里只是回顾一下委托的定义。

二 异步调用编程模型

图1

在上图我们所见的有这几个模块, .NET线程池、异步调用请求队列和一个应用程序的主线程。 假使现在从任务1开始执行到任务2、任务3,到了任务3的时候,任务3请求.NET执行异步操作,如图2

图2

这个时候【任务3】已经被送入到了【异步请求队列】中,并且主线程是阻塞状态的,再看图3的执行过程:

图3

线程池会及时的发现【异步请求队列】中的任务,并且根据任务的信息,线程池会分配一个线程到任务所在的主线程中执行所请求的任务。 在异步任务执行时,这个时候主线程才会从阻塞中撤销,进入执行状态,上图中,就是开始执行任务4。

这里要说的就是,异步调用看起来是并行执行的,实际刚开始的时候还是顺序的,不过这时间在实际情况中是忽略不计的, 可以认为就是并行执行的吧。

三 BeginInvoke()、EndInvoke()

3.1 BeginInvoke()

BeginInvoke()函数定义如下:

 public virtual IAsyncResult BeginInvoke(int num1,int num2,AsyncCallback callback,object asyncState)
 {
    ……
 }

接受OperationDelegate委托定义的原始签名的输入参数,还有两个额外参数,AsyncCallback是系统定义的委托, 用于异步调用完成时回调所用,这里不做讲解,后面会有讲到,还有一个是参数是一个状态对象,也可以认为是容器对象, 也会在后面的章节中讲到。

 Operation operation = new Operation();
 OperationDelegate Additiondelegate = operation.Addition;
 Additiondelegate.BeginInvoke(, 4, null, null);

3.2 IAsyncResult接口

正如上面所看到的,BeginInvoke函数返回一个IAsyncResult类型的值,那就来看一下IAsyncResult的定义:

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

对于IAsyncResult的详细用法 稍后会有讲解

看到第一节的Invoke函数执行后,可以直接获取到返回值,怎么这个BeginInvoke函数执行了返回

IAsyncResult类型,返回值在哪呢? 可以通过从BeginInvoke函数获得的IAsyncResult交给EndInvoke函数来获取返回值。

 Operation operation = new Operation();
 OperationDelegate Additiondelegate = operation.Addition;
 
 IAsyncResult asyncResult = Additiondelegate.BeginInvoke(, , null, null);
 int result = Additiondelegate.EndInvoke(asyncResult);
 Debug.Assert(result == 7);

这里要说几点

第一.调用EndInvoke函数的时候,当前线程是被阻塞的,它在等待BeginInvoke函数执行完毕。

第二.虽然委托可以管理多个目标方法,但是在异步调用中,所执行异步调用的委托,内部的管理列表只能有一个目标方法,不然会报 有异常。

第三.EndInvoke()在每次异步调用操作时 只能调用一次。

第四.BeginInvoke()返回的IAsyncResult类型的实例,只能传入它所调用BeginInvoke()委托的EndInvoke()中,不然也会报有异常。

3.3 AsyncResult

假使一个客户端在一个代码段或者是函数中使用BeginInvoke(),而在另一段或者是其他的函数中调用EndInvoke(),这样客户端是不是就要保存IAsyncResult对象,又或者一个客户端发起异步调用,并且由另一个 客户端来调用EndInvoke(),这不仅仅要保存IAsyncResult对象,还需要保存该委托对象,而且你还得传送过去。 还好.NET是那么的机智,有System.Runtime.Remoting.Messaging.AsyncResult类型的存在。

    public class AsyncResult : IAsyncResult, IMessageSink
    {

        #region IAsyncResult 成员

        public object AsyncState
        {
            get { throw new NotImplementedException(); }
        }

        public System.Threading.WaitHandle AsyncWaitHandle
        {
            get { throw new NotImplementedException(); }
        }

        public bool CompletedSynchronously
        {
            get { throw new NotImplementedException(); }
        }

        public bool IsCompleted
        {
            get { throw new NotImplementedException(); }
        }

        #endregion

        public bool EndInvokeCalled { get; set; }

        public virtual object AsyncDelegate { get; }


        //IMessageSink 成员
    }

看着上面有个AsyncDelegate的属性,会不会觉得很漂亮,不错,它就是原始发起委托的引用,看下如何使用AsyncDelegate来使用EndInvoke():

     public class OperationTest
     {
 
         public void Test()
         {
             Operation operation = new Operation();
             OperationDelegate Additiondelegate = operation.Addition;
             int Result;
             Result = GetResult(Additiondelegate.BeginInvoke(, , null, null));
         }
 
         private int GetResult(IAsyncResult asyncresult)
         {
             AsyncResult asyncResult = (AsyncResult)asyncresult;
             OperationDelegate operationdelegate = asyncResult.AsyncDelegate as 
 
 OperationDelegate;
             if (operationdelegate != null)
             {
                 Debug.Assert(asyncResult.EndInvokeCalled == false);//EndInvoke()是否被调用过
                 return operationdelegate.EndInvoke(asyncResult);
             }
             return -;
         }
     }

3.4 轮循或等待

看到这里,善于思考的朋友会发现,还存在着一个很大的问题,就是发起异步调用的客户端,如何知道自己 的异步函数是否执行完毕了?或者是想等待一会,做一些其他的处理,然后再继续等待,该怎么来实现呢?

从BeginInvoke()返回的IAsyncResult接口有个AsyncWaitHandle属性,它是干吗的呢?就把它理解为消息接收器吧。

 Operation operation = new Operation();
 OperationDelegate Additiondelegate = operation.Addition;
 IAsyncResult asyncResult = Additiondelegate.BeginInvoke(, , null, null);
 asyncResult.AsyncWaitHandle.WaitOne();//如果任务完成则不会阻塞 否则阻塞当前线程
 int Result;
 Result = Additiondelegate.EndInvoke(asyncResult);
 Debug.Assert(Result == );

代码和3.2的几乎相同,区别就是这段代码保证了EndInvoke()的调用者不会被阻塞。

看一下等待一下,如果没完成处理其他任务,回来再等待是怎么实现的。

 Operation operation = new Operation();
 OperationDelegate Additiondelegate = operation.Addition;
 IAsyncResult asyncResult = Additiondelegate.BeginInvoke(, , null, null);
 while (asyncResult.IsCompleted == false)//判断异步任务是否完成
 {
      asyncResult.AsyncWaitHandle.WaitOne(,false);//如果任务完成则不会阻塞 否则阻塞当前线程10毫秒
     //这里做一些其他操作
 }
 int Result;
 Result = Additiondelegate.EndInvoke(asyncResult);
 Debug.Assert(Result == );

3.5 使用回调函数

现在我们要来说说BeginInvoke()的第三个参数了, public delegate void AsyncCallback(IAsyncResult ar);

第三个参数就是系统提供的一个委托类型,委托签名也都看到了。 使用回调函数的好处就是不需要去处理等待操作了,因为在异步任务完成的时候, 会调用你传给BeginInvoke()里AsyncCallback委托所关联的目标方法。

     public class OperationTest
     {
 
         public void Test()
         {
             Operation operation = new Operation();
             OperationDelegate Additiondelegate = operation.Addition;
 
             Additiondelegate.BeginInvoke(, , new AsyncCallback(OnCallBack), null);
         }
 
         private void OnCallBack(IAsyncResult asyncresult)
         {
             AsyncResult asyncResult = (AsyncResult)asyncresult;
             OperationDelegate operationdelegate = asyncResult.AsyncDelegate as 
 
 OperationDelegate;
             if (operationdelegate != null)
             {
                 Debug.Assert(asyncResult.EndInvokeCalled == false);
                 int result=operationdelegate.EndInvoke(asyncResult);
                 Console.WriteLine("Operation returned" + result.ToString());
             }
         }
     }

这里需要说的是在异步任务完成时,执行的回调函数依然是在子线程当中,并不是在主线程中执行回调函数的。

题外话:最常见的就是在Winform开发中,Form中发起异步调用,然后回调函数操作Form中的控件或者是

值的时候就会报错, 就是这个原因,因为它们不在一个线程也不在一个上下文中,基于.NET安全策略这种操作是不允许的。

END