《CLR Via C# 第3版》笔记之（二十一） - 异步编程模型(APM)

APM是.NET中异步编程模型的缩写（Asynchronous Programing Model）。

通过异步编程，使得我们的程序可以更加高效的利用系统资源。

主要内容：

一个APM的例子
GUI中的APM
APM的优劣点
AMP使用中的注意事项

1. 一个APM的例子

.Net中的异步模型非常完善，只要看到Begin***者End***方法。基本都是相对***方法的异步调用方式。

（注：***是方法的名称）

所以在.Net中实现一个异步调用是很方便的，下面用个小例子来演示一个异步操作。

首先是同步的方式请求百度搜索10次。(分别搜索1，2，3。。。。10）

public class CLRviaCSharp_21
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // 用百度分别检索1，2，3。。。9，共检索10次
        DateTime start = DateTime.Now;
        string strReq = "http://www.baidu.com/s?wd={0}";
        for (int i = 0; i < 10; i++)
        {
            var req = WebRequest.Create(string.Format(strReq, i));
            // 注意这里的GetResponse是同步方法
            var res = req.GetResponse();

            Console.WriteLine("检索 {0} 的结果已经返回！", i);

            res.Close();
        }

        Console.WriteLine("耗用时间：{0}毫秒", TimeSpan.FromTicks(DateTime.Now.Ticks - start.Ticks).TotalMilliseconds);
        Console.ReadKey(true);
    }
}

结果如下：总共消耗时间33秒多。

异步的方式如下：

public class CLRviaCSharp_21
{
    static DateTime start;
    static void Main(string[] args)
    {
        // 用百度分别检索1，2，3。。。9，共检索10次
        start = DateTime.Now;
        string strReq = "http://www.baidu.com/s?wd={0}";
        for (int i = 0; i < 10; i++)
        {
            var req = WebRequest.Create(string.Format(strReq, i));
            // 注意这里的BeginGetResponse就是异步方法
            var res = req.BeginGetResponse(ProcessWebResponse, req);
        }

        Console.ReadKey(true);
    }

    private static void ProcessWebResponse(IAsyncResult result)
    {
        var req = (WebRequest)result.AsyncState;
        string strReq = req.RequestUri.AbsoluteUri;
        using (var res = req.EndGetResponse(result))
        {
            Console.Write("检索 {0} 的结果已经返回！\t", strReq.Substring(strReq.Length - 1));
            Console.WriteLine("耗用时间：{0}毫秒", TimeSpan.FromTicks(DateTime.Now.Ticks - start.Ticks).TotalMilliseconds);
        }
    }

}

结果如下：总共消耗的时间应该是下面所有时间中最长的那个，即9.5秒左右。

2. GUI中的APM

异步编程除了在服务端会大量应用，在有GUI的客户端也应用比较多（为了保证客户端的界面不会假死）。

但是Winform或WPF程序中，改变界面元素状态只有通过UI线程，其他线程如果试图改变UI元素，就会抛出异常(System.InvalidOperationException)。

using System;
using System.Windows.Forms;
using System.Net;

public class CLRviaCSharp_21
{
    static void Main(string[] args)
    {
        MyWindowsForm mf = new MyWindowsForm();
        mf.ShowDialog();
    }
}

internal class MyWindowsForm : Form
{
    public MyWindowsForm()
    {
        Text = "Click in the window to start a web request";
        Width = 800;
        Height = 600;
    }

    protected override void OnMouseClick(MouseEventArgs e)
    {
        // 开始异步web请求
        Text = "web request initilized";
        var webreq = WebRequest.Create("http://www.baidu.com");
        webreq.BeginGetResponse(ProcessWebResponse, webreq);
        base.OnMouseClick(e);
    }

    private void ProcessWebResponse(IAsyncResult result)
    {
        var req = (WebRequest)result.AsyncState;
        using (var res = req.EndGetResponse(result))
        {
            // SynchronizationContext.Current.Post(updateUI, res);
            // 这里改变UI元素Form的Text属性,抛出了异常
            Text = "Content length: " + res.ContentLength;
        }
    }
}

那么其他线程如何改变UI元素呢。为了保证UI始终有响应，必须能够让其他线程也能改变UI元素。

答案就在上面代码中抛异常的上面一句代码。利用SynchronizationContext的Current属性来获取UI线程的同步上下文信息。

然后调用其Post方法，异步的更新UI元素。

using System;
using System.Windows.Forms;
using System.Net;
using System.Threading;

public class CLRviaCSharp_21
{
    static void Main(string[] args)
    {
        MyWindowsForm mf = new MyWindowsForm();
        mf.ShowDialog();
    }
}

internal class MyWindowsForm : Form
{
    public MyWindowsForm()
    {
        Text = "Click in the window to start a web request";
        Width = 800;
        Height = 600;
    }

    protected override void OnMouseClick(MouseEventArgs e)
    {
        // 开始异步web请求
        Text = "web request initilized";
        var webreq = WebRequest.Create("http://www.baidu.com");
        webreq.BeginGetResponse(ProcessWebResponse, webreq);
        base.OnMouseClick(e);
    }

    private void ProcessWebResponse(IAsyncResult result)
    {
        var req = (WebRequest)result.AsyncState;
        using (var res = req.EndGetResponse(result))
        {
            SynchronizationContext.Current.Post(updateUI, res);
        }
    }

    private void updateUI(object state)
    {
        var res = (WebResponse)state;
        // 这里改变UI元素Form的Text属性, updateUI这个函数是由UI线程执行的
        Text = "Content length: " + res.ContentLength;
    }
}

这样的实现看着很繁琐，所以《CLR via C#》作者Jeffrey实现了一个小方法（SyncContextCallback）来简化这个步骤。

using System;
using System.Windows.Forms;
using System.Net;
using System.Threading;

public class CLRviaCSharp_21
{
    static void Main(string[] args)
    {
        MyWindowsForm mf = new MyWindowsForm();
        mf.ShowDialog();
    }
}

internal class MyWindowsForm : Form
{
    public MyWindowsForm()
    {
        Text = "Click in the window to start a web request";
        Width = 800;
        Height = 600;
    }

    protected override void OnMouseClick(MouseEventArgs e)
    {
        // 开始异步web请求
        Text = "web request initilized";
        var webreq = WebRequest.Create("http://www.baidu.com");
        webreq.BeginGetResponse(SyncContextCallback(ProcessWebResponse), webreq);
        base.OnMouseClick(e);
    }

    private void ProcessWebResponse(IAsyncResult result)
    {
        var req = (WebRequest)result.AsyncState;
        using (var res = req.EndGetResponse(result))
        {
            // 这里改变UI元素Form的Text属性, 
            // 这次是在UI线程执行的，SyncContextCallback中获取了UI线程的同步上下文，
            // 然后用Post方法调用了ProcessWebResponse函数
            Text = "Content length: " + res.ContentLength;
        }
    }

    // 大牛Jeffrey实现的SyncContextCallback方法
    private static AsyncCallback SyncContextCallback(AsyncCallback callback)
    {
        SynchronizationContext sc = SynchronizationContext.Current;
        // 如果没有同步上下文，直接返回传入的东西
        if (sc == null) return callback;

        // 返回一个委托，这个委托将委托Post到捕捉到的SC中
        return asyncResult => sc.Post(result => callback((IAsyncResult)result), asyncResult);
    }
}

3. APM的优劣点

上面两个例子，可以看出APM的一些优势，第一个例子说明异步的效率高。第二个GUI的例子说明异步可以增强用户体验。

其实APM的优势总结起来有以下几点：

资源利用率底(比如I/O并发读写时，线程不必等I/O完了就可以处理其他请求。这样几个线程就可以处理大量请求)
垃圾回收快(线程不用等待请求的操作完成就回线程池等待了，这时的线程在它们的栈顶，垃圾回收时遍历线程查找根比较快)
线程少，调试快(调试时，一旦遇到断点就会挂起所有线程。异步可以保证线程尽量少，所以调试时感觉会快)
使得GUI一直保持响应(上面的GUI例子可以说明)
并发执行下载，速度快(上面第一个例子可以说明)

当然，任何技术都不是完美的，有其适用的一面，也有其不适用的一面。

了解它的缺点，有时候甚至可以帮助我们更好的使用它。

APM的劣势主要有以下几点：

必须将代码分成多个回调方法(执行流程不直观)
避免使用实参和局部变量(实参和局部变量在回调方法中无法访问，记住回调方法在另一个线程中)
许多C#构造无法使用，比如try/catch/finally，using等(因为没法在一个方法中开始try，再在它的回调方法中完成finally)
有些功能很难实现，比如多个并发操作协作进行，取消和超时(比如上面例子中的更新GUI元素也很麻烦)

4. AMP使用中的注意事项

使用APM时以下几点需要注意：

不要提早调用End***方法，在回调函数中再调用End***(如果提早调用，异步操作没有完成，End***会一直等待，此时相当于同步调用)
调用End***且仅调用一次(异步操作初始化时分配的某些资源，必须调用End***才能释放。第二次调用End***时结果不可预测)
使用相同的对象调用Begin***方法和End***方法
在Begin***方法和End***方法中使用ref，out，params标记时需要注意(具体实现方法以后有空再补些例子:))
不能取消异步I/O操作(启动I/O操作后，控制权交给了I/O相关硬件)
Begin***方法返回引用类型，无法返回值类型
用于打开文件的Win32 API(CreateFile)暂时没有异步的版本
FileStream类在创建时就决定了是异步还是同步的方式(创建式指定异步标记，即使调用Read，也是通过Sleep来模拟同步。同样，指定了同步标记，调用BeginRead也是模拟的异步)

posted @ 2011-11-29 16:22 wang_yb 阅读(2013) 评论(1) 编辑收藏举报

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