第六章异步与多线程编程

.net课程系列C#高级编程.NET方向第二学期课程第六章异步与多线程编程Newture新程教育异步编程进程与线程BeginInvoke和EndInvokeIAsyncResult接口和AsyncResult类异步编程的4种方法多线程编程Thread类使用线程池线程同步死锁本章目录平时我们会用到打印、下载等操作，这类型的操作比较费时，在程序中调用这类比较费时的代码时，调用方如果停在那里等待费时的代码执行完毕，无疑会严重影响程序的可操作性。现在很多应用程序将设置保存在配置文件中，那么当程序启动时由于需要加载配置，然后利用这些配置数据进行一系列的初始化操作，但因为I/O读取操作稍慢，这将导致程序的主窗体不能立刻显示，给用户一种启动过程十分漫长的感觉，用户体验不好。对于这类问题我们怎么去解决？这类问题，可以借助异步调用或者多线程编程模型轻松解决。引言如下是可能的解决方案：把整个初始化处理放进一个单独线程，主线程启动此线程后继续执行其他操作。例如窗体绘制操作，当初始化配置数据的进行还在执行的同时，主窗体也快速的展现在用户眼前。虽然当前主窗体可能还不能完全可用，但给用户一种程序飞快运行的感觉。配置信息初始化线程此刻也在同步执行，将配置文件中的数据读取到内存，并根据配置对当前程序进行初始化。这就是本章将要讨论的异步编程和多线程编程。引言什么是进程？在启动一个应用程序后，系统将会给它分配一定的内存以及其他的一些资源，这些划定的内存以及资源的物理分隔叫做进程。在Windows系统中，可以通过“任务管理器”来查看当前运行的进程。可以看出，每个进程都包含一定数量的线程，例如360Tray.exe有53个线程。什么是线程？线程是系统分配处理器时间资源的基本单元，或者说是进程之内的独立执行的一个单元，对于操作系统而言，其调度单元是线程。一个进程至少包括一个线程，通常将该线程称为主线程。从另一个角度来说，线程是由进程创建的，由处理器使用的一个执行序列。进程与线程仔细观察“任务管理器”，会发现“应用程序”和“进程”分属两个不同的选项卡，这说明它们是不同的。一个应用程序可能包含一个或多个进程，每个进程都拥有自己独立的数据、执行代码以及系统资源。进程与线程理解进程和线程是进行异步编程的基础。我们之前使用的都是同步编程，什么是同步编程？同步编程指从第一条语句直到最后一条语句都是顺序执行。同步编程是有缺陷的，改进的方式，就是将同步编程改为异步编程，什么是异步编程？异步编程就是合理地利用多线程处理，从理论上讲，这些线程是“同时”执行的。进程与线程在C#中使用线程的方法很多，使用委托的BeginInvoke和EndInvoke方法就是其中之一。BeginInvoke方法可以使用线程异步地执行委托所指向的方法。(委托所代理的目标方法只能为1个)然后通过EndInvoke方法获得方法的返回值(EndInvoke方法的返回值就是被调用方法的返回值)，或是确定方法已经被成功调用。BeginInvoke和EndInvokeclassProgram{publicdelegatevoidPrintDelegate(stringcontent);staticvoidMain(string[]args){PrintDelegateprintDelegate=Program.Print;IAsyncResultresult=printDelegate.BeginInvoke(helloworld,null,null);printDelegate.EndInvoke(result);}publicstaticvoidPrint(stringcontent){Console.WriteLine(打印中……\n+content);System.Threading.Thread.Sleep(2000);}}IAsyncResult接口定义异步操作的状态，BeginInvoke方法的返回类型以及EndInvoke方法的参数均为IAsyncResult接口，以下是源代码：IAsyncResult接口和AsyncResult类publicinterfaceIAsyncResult{objectAsyncState{get;}WaitHandleAsyncWaitHandle{get;}boolCompletedSynchronously{get;}boolIsCompleted{get;}}属性返回类型说明AsyncStateobject返回一个对象，是启动异步操作的方法的最后一个参数AsyncWaitHandleWaitHandle获取用于等待异步操作完成的WaitHandleCompletedSynchronouslybool获取一个值，指示异步操作是否同步完成IsCompletedbool获取一个值，指示异步操作是否已完成AsyncResult类实现了IAsyncResult接口，主要作用是封装了通过BeginInvoke进行异步调用的执行结果。BeginInvoke并非直接返回AsyncResult类型，而是返回IAsyncResult接口，但返回值可以显式地转换为AsyncResult类型。AsyncResult类有一个属性AsyncDelegate，该属性保存的是在其上进行异步调用的委托对象，只不过该属性返回的是object类型，需要显式转换为具体的委托类型。IAsyncResult接口和AsyncResult类第一种：使用EndInvoke当使用BeginInvoke异步调用方法时，如果方法未执行完，EndInvoke返回就会一直阻塞，直到被调用的方法执行完毕。异步编程的4种方法classProgram{publicdelegatevoidPrintDelegate(stringcontent);staticvoidMain(string[]args){intthreadId=Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;PrintDelegateprintDelegate=Program.Print;Console.WriteLine(主线程Id:+threadId+\t+打印方法开始调用);IAsyncResultresult=printDelegate.BeginInvoke(helloworld,null,null);printDelegate.EndInvoke(result);}publicstaticvoidPrint(stringcontent){intthreadId=Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;Console.WriteLine(当前线程Id：+threadId);Console.WriteLine(打印中……\n+content);Thread.Sleep(2000);Console.WriteLine(当前线程Id：+threadId+\t+打印方法调用完毕);}}第二种：使用WaitHandle使用WaitHandle类型的WaitOne方法，WaitOne有5个重载：•boolWaitOne()•boolWaitOne(intmillisecondsTimeout)•boolWaitOne(TimeSpantimeout)•boolWaitOne(intmillisecondsTimeout,boolexitContext)•boolWaitOne(TimeSpantimeout,boolexitContext)其中，第一个不带任何参数的重载实际是对WaitOne(-1,false)方法的调用•第一个参数表示等待的毫秒数，值-1表示无期限等待。•第二个参数表示在等待前是否退出上下文的同步域，并在稍后重新获取。第4个和第5个重载实际相同，第5个重载会将TimeSpan类型转换为毫秒数。这些重载的核心实现为第4个重载，其他的都在其基础上实现。异步编程的4种方法异步编程的4种方法classProgram{publicdelegatevoidPrintDelegate(stringcontent);staticvoidMain(string[]args){intthreadId=Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;PrintDelegateprintDelegate=Program.Print;Console.WriteLine(主线程Id:+threadId+\t+打印方法开始调用);IAsyncResultresult=printDelegate.BeginInvoke(helloworld,null,null);result.AsyncWaitHandle.WaitOne(5000,false);}}第三种：轮询之前两种方法中，只能等待异步方法执行完毕，在完毕之前没有任何提示信息，整个程序就像没有反应一样，用户体验不好。可以通过IAsyncResult类的的IsCompleted属性来检查异步调用是否完成了，如果没有完成，则可以适时地显示一些提示信息，提升用户体验。异步编程的4种方法classProgram{publicdelegatevoidPrintDelegate(stringcontent);staticvoidMain(string[]args){intthreadId=Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;PrintDelegateprintDelegate=Program.Print;Console.WriteLine(主线程Id:+threadId+\t+打印方法开始调用);IAsyncResultresult=printDelegate.BeginInvoke(helloworld,null,null);while(!result.IsCompleted){Console.WriteLine(.);Thread.Sleep(500);}}}第四种：回调之前三种方法都是在等待异步方法执行完毕后才能拿到执行的结果，期间主线程均处于等待状态。回调和它们最大的区别是，在调用BeginInvoke时只要提供了回调方法，那么主线程就不必再等待异步线程工作完毕，异步线程在工作结束后会主动调用提供的回调方法，并在回调方法中做相应的处理，例如显示异步调用的结果，等等。回顾：IAsyncResultresult=printDelegate.BeginInvoke(helloworld,null,null);第一个参数表示委托签名中的参数第二个参数AsyncCallback，表示回调方法第三个参数object@object，给回调方法传递一些值，一般可以传递被调用方法的委托。异步编程的4种方法异步编程的4种方法classProgram{publicdelegatevoidPrintDelegate(stringcontent);staticvoidMain(string[]args){intthreadId=Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;PrintDelegateprintDelegate=Program.Print;Console.WriteLine(主线程Id:+threadId+\t+打印方法开始调用);IAsyncResultresult=printDelegate.BeginInvoke(helloworld,PrintComplete,printDelegate);Thread.Sleep(10000);}publicstaticvoidPrintComplete(IAsyncResultresult){intthreadId=Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;(result.AsyncStateas