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C#線程間通信的異步機制_C#教程

作者:springsnow ? 更新時間: 2022-07-23 編程語言

線程間通信

我們看下面的圖

我們來看線程間通信的原理:線程(Thread B)和線程(Thread A)通信, 首先線程A 必須實現同步上下文對象(Synchronization Context), 線程B通過調用線程A的同步上下文對象來訪問線程A,所有實現都是在同步上下文中完成的.線程B有兩種方式來實現線程間的通信。

第一種:調用線程A的同步上下文對象,阻礙當前線程,執行紅色箭頭調用,直到黃色箭頭返回(同步上下文執行完畢)才釋放當前線程. (1->2->3->5)。

第二種:調用線程A的同步上下文對象(實際上是在開啟一個新線程去執行,1->2->3->5) ,執行紅色箭頭,但并不阻礙當前線程(原有線程,1->4->5),綠色箭頭繼續執行。

文章中將會通過下面幾個類來進行介紹:

  • ISynchronizeInvoke 接口
  • SynchronizationContext 類
  • AsyncOperation / AsyncOperationManager 類

1. ISynchronizeInvoke 接口

我們先來看下面一段異步的代碼(Window Form控件下有1個Button/1個Label),但點擊Button的時候,執行異步調用,完成后,告訴Window Form的 Label控件Text屬性”Asynchronous End”。

在windows應用窗體應用程序中,對窗體上控件屬性的任何修改都必須在主線程中完成。不能從其他線程安全地訪問控件的方法和屬性。

ISynchronizeInvoke 接口來自.Net Framework 1.0,提供3個方法1個屬性:

  • BeginInvoke / EndInvoke 方法 : 異步方法
  • Invoke 方法 : 同步方法
  • InvokeRequired 屬性 : 判讀來源的執行線程
        delegate void DoWork();
        private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            //更新狀態,添加到Listbox 中
            AddValue("Asynchronous Start.");
            //使用委托來調用異步方法
            DoWork work = DoWorkMethod;
            work.BeginInvoke(OnWorkCallback, work);
        }

        void OnWorkCallback(IAsyncResult asyncResult)
        {
            DoWork work = asyncResult.AsyncState as DoWork;
            if (work != null)
            {
                work.EndInvoke(asyncResult);
            }
            //(1)方法:調用Control控件的Invoke
            //Action<string> asyncUpdateState = UpdateStatus; //Action<string> 介紹=> 附1
            //Invoke(asyncUpdateState, "1:Asynchronous End.");

            //(2)方法:直接在異步調用的線程下
            UpdateStatus("2:Asynchronous End.");
        }

        void UpdateStatus(string input)
        {
            //把你需要通知的控件Control 賦值給ISynchronizeInvoke
            //來實現線程間的通信
            ISynchronizeInvoke async = this.listBoxStatus;
            //使用(1)方法,InvokeRequired == false ,來源當前(Window Form)主線程
            if (async.InvokeRequired == false)
                AddValue(input);
            else// 使用(2)方法 == true ,來源其他線程(異步)
            {
                Action<string> action = new Action<string>(status =>
                {
                    AddValue(status);
                });
                //調用ISynchronizeInvoke 提供的Invoke 同步方法,阻礙線程,直到調用結束
                //也可以使用ISynchronizeInvoke 提供的異步BeginInvoke/EndInvoke方法來實現調用.
                async.Invoke(action, new object[] { input });
            }
        }

        void AddValue(string input)
        {
            this.listBoxStatus.Items.Add(string.Format("[(#{2}){0}]Context is null:{1}", input, Thread.CurrentContext == null, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId));
        }
        void DoWorkMethod()
        {
            Thread.Sleep(3000);//模擬耗時工作
        }

在代碼中(UpdateStatus方法體內),我們可以看到主要是在ISynchronizeInvoke async = this.listBoxStatus;實現了線程間的通信,MSDN的解釋” 實現此接口的對象可以接收事件已發生的通知,并且可以響應有關該事件的查詢”. 并使Window Form(主線程) 下的ListBox 控件和來自異步方法(另外一個線程)的建立了通道。
InvokeRequired 判斷線程的來源。

如果使用(1)方法,來源于Window Form 自身Control 的Invoke方法, InvokeRequired將返回false; 來源另外線程(異步)。

如果使用(2)返回true.同時ISynchronizeInvoke 提供了異步(BeginInvoke+EndInvok)和同步方法(Invoke)來實現線程間通信.Invoke 就是最上面的圖1 所示的第一種 / BeginInvoke+EndInvok 是第二種。

2. SynchronizationContext 類

相比ISynchronizeInvoke 接口,SynchronizationContext 類(來自.Net Framework 2.0)提供了更多的方法來操作同步上下文對象,實現線程間通信.在上面的例子中SynchronizationContext類中將由 Post/Send 方法來實現。

反編譯后我們看到:

  public virtual void Post(SendOrPostCallback d, object state)
 {
   ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(d.Invoke), state);
 }

 public virtual void Send(SendOrPostCallback d, object state)
 {
   d(state);
 }
  • Send = ISynchronizeInvoke 中的Invoke 同步調用.圖1中的第一種
  • Post = ISynchronizeInvoke 中的BeginInvoke + EndInvoke異步調用. 圖1中的第二種

SynchronizationContext 類舉例(在WinForm 下編程)

      delegate void DoWork();
   private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
   {
     //System.Windows.Forms.Form 自動的創建默認的同步上下文對象,
     //直接的獲取當前的同步上下文對象
     SynchronizationContext context = SynchronizationContext.Current;
     //更新狀態,添加到Listbox 中
     AddValue<string>("Asynchronous Start.");
     //使用委托來調用異步方法
      DoWork work = DoWorkMethod;
      work.BeginInvoke(OnWorkCallback, context);

    }
    void OnWorkCallback(IAsyncResult asyncResult)
    {
      AsyncResult async = (AsyncResult)asyncResult;
      DoWork work = (DoWork)async.AsyncDelegate;
      work.EndInvoke(asyncResult);
      
      //更新狀態
      UpdateStatus("Asynchronous End.", asyncResult.AsyncState);
    }
    void UpdateStatus(object input,object syncContext)
    {
      //獲取主線程(Window Form)中同步上下文對象
      SynchronizationContext context = syncContext as SynchronizationContext;
      //使用SynchronizationContext 類中異步Post 方法
      SendOrPostCallback callback = new SendOrPostCallback(p => {
        AddValue<object>(p);
      });
      context.Post(callback, input);//Post 為異步,Send 為同步

    }
    void AddValue<T>(T input)
    {
      this.listBoxStatus.Items.Add(string.Format("[(#{2}){0}]Context is null:{1}", input, Thread.CurrentContext == null, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId));
    }
    void DoWorkMethod()
    {
      Thread.Sleep(3000);//模擬耗時工作
    }

上面我們已經說過在主線程中System.Windows.Forms.Form 自動的創建默認的同步上下文對象, 這時候我們把當前的同步上下文對象通過參數的形式賦值到異步線程中,調用Post 方法來實現, Post 方法接收 SendOrPostCallback 委托和額外object state參數,在Post方法體內調用線程池的線程來實現(Code2.1).當然我們也可以直接使用Send方法。

下面我們看看線程中的代碼(在Console 下編程)。

  static class Program
 {
   static void Main()
   {
     Output("Main Thread Start.");
     //為主線程創建Synchronization Context
     var context = new SynchronizationContext();
     //開始一個新線程
     Thread threadB = new Thread(work);
      threadB.Start(context);

      Console.Read();
    }
    static void work(object context)
    {
      Output("Thread B");

      //獲取主線程中的同步上下文對象
      SynchronizationContext sc = context as SynchronizationContext;

      //異步的方式和主線程通信,并發送"Hello World".
      sc.Post(new SendOrPostCallback(p =>
      {
        Output(p);
      }), "Hello World");
    }
    static void Output(object value)
    {
      Console.WriteLine("[ThreadID:#{0}]{1}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, value);
    }
  }

在主線程中因為沒有同步上下文對象,所以開始我們new SynchronizationContext(); 對象,其他和上面基本一樣.此例說明了Post 是開啟新線程(線程池)運行的。

3. AsyncOperation / AsyncOperationManager 類

AsyncOperation / AsyncOperationManager 類是SynchronizationContext 類的進一步封裝和實現, AsyncOperationManager在創建AsyncOperation對象的時候會取得當前線程的同步上下文對象,并存儲在AsyncOperation之中,使我們訪問同步上下文對象更加容易。

  public class MySynchronizedClass
 {
   private AsyncOperation operation;
   public event EventHandler somethingHappened;
   public MySynchronizedClass()
   {
     //創建AsyncOperation 對象,并把當前線程的同步上下文保持到AsyncOperation中.
     operation = AsyncOperationManager.CreateOperation(null);

      Thread workerThread = new Thread(new ThreadStart(DoWork));
      workerThread.Start();
    }

    private void DoWork()
    {
      SendOrPostCallback callback = new SendOrPostCallback(state =>
       {
         EventHandler handler = somethingHappened;

         if (handler != null)
         {
           handler(this, EventArgs.Empty);
         }
       });

      operation.Post(callback, null);
      //注意1
      operation.OperationCompleted();
    }
  }

AsyncOperation類中實現了OperationCompleted的方法. SynchronizationContext 類中這個方法是沒有具體的代碼實現的。

原文鏈接:https://www.cnblogs.com/springsnow/p/11195710.html

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