C#中的异步调用及异步设计模式(一)

2022-08-11 19:26:17

近期项目中使用了不少异步操作，关于“异步”做个总结。总结的内容大部分都来自于MSDN，还有一些自己的心得。

关于“异步”的使用可分为：使用层面和类库设计层面，细分如下：

一、使用异步方式调用同步方法（使用层面）。

二、使用 IAsyncResult 调用异步方法（使用层面）。

三、基于 IAsyncResult 的异步设计模式（设计层面）。

四、基于事件的异步模式（设计层面）。

关于上述异步编程的几个方面，下面分别做以详述。

一、使用异步方式调用同步方法（使用层面）

.NET Framework 允许您异步调用任何方法。为此，应定义与您要调用的方法具有相同签名的委托；公共语言运行库会自动使用适当的签名为该委托定义 BeginInvoke 和 EndInvoke 方法。BeginInvoke 方法可启动异步调用，EndInvoke 方法检索异步调用的结果。调用 BeginInvoke 后可随时调用 EndInvoke 方法；如果异步调用尚未完成，EndInvoke 将一直阻止调用线程，直到异步调用完成后才允许调用线程执行。

该调用方式是使用委托进行异步调用，其实质是：调用“BeginInvoke”方法，公共语言运行库 (CLR) 将对请求进行排队并立即返回到调用方。将对来自线程池的线程调用该目标方法。提交请求的原始线程*地继续与目标方法并行执行，该目标方法是在线程池线程运行的。

在异步调用启动后，在等待异步调用结果的时候，可以进行以下四种方法。

·                     进行某些操作，然后调用 EndInvoke 一直阻止到调用完成。

  1. using System;
  2. using System.Threading;
  3. namespace Examples.AdvancedProgramming.AsynchronousOperations
  4. {
  5. public class AsyncMain
  6. {
  7. public static void Main()
  8. {
  9. // The asynchronous method puts the thread id here.
  10. int threadId;
  11. // Create an instance of the test class.
  12. AsyncDemo ad = new AsyncDemo();
  13. // Create the delegate.
  14. AsyncMethodCaller caller = new AsyncMethodCaller(ad.TestMethod);
  15. // Initiate the asychronous call.
  16. IAsyncResult result = caller.BeginInvoke(3000,
  17. out threadId, null, null);
  18. Thread.Sleep(0);
  19. Console.WriteLine("Main thread {0} does some work.",
  20. Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
  21. // 调用此方法将会一直等待异步操作完成，并阻塞当前线程。
  22. string returnValue = caller.EndInvoke(out threadId, result);
  23. Console.WriteLine("The call executed on thread {0}, with return value \"{1}\".",
  24. threadId, returnValue);
  25. }
  26. }
  27. }

·                     进行某些操作，然后使用
IAsyncResult..::.AsyncWaitHandle 属性获取 WaitHandle，使用它的 WaitOne
方法(该方法可以设置一个超时时间)一直阻止执行直到发出 WaitHandle 信号，然后调用 EndInvoke。

  1. using System;
  2. using System.Threading;
  3. namespace Examples.AdvancedProgramming.AsynchronousOperations
  4. {
  5. public class AsyncMain
  6. {
  7. static void Main()
  8. {
  9. // The asynchronous method puts the thread id here.
  10. int threadId;
  11. // Create an instance of the test class.
  12. AsyncDemo ad = new AsyncDemo();
  13. // Create the delegate.
  14. AsyncMethodCaller caller = new AsyncMethodCaller(ad.TestMethod);
  15. // Initiate the asychronous call.
  16. IAsyncResult result = caller.BeginInvoke(3000,
  17. out threadId, null, null);
  18. Thread.Sleep(0);
  19. Console.WriteLine("Main thread {0} does some work.",
  20. Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
  21. // 调用此方法将会一直等待异步操作完成，并阻塞当前线程。
  22. result.AsyncWaitHandle.WaitOne();
  23. // Perform additional processing here.
  24. // Call EndInvoke to retrieve the results.
  25. string returnValue = caller.EndInvoke(out threadId, result);
  26. Console.WriteLine("The call executed on thread {0}, with return value \"{1}\".",
  27. threadId, returnValue);
  28. }
  29. }
  30. }

·                     进行某些操作，然后轮询由 BeginInvoke 返回的 IAsyncResult，确定异步调用何时完成，然后调用 EndInvoke。

  1. using System;
  2. using System.Threading;
  3. namespace Examples.AdvancedProgramming.AsynchronousOperations
  4. {
  5. public class AsyncMain
  6. {
  7. static void Main()
  8. {
  9. // The asynchronous method puts the thread id here.
  10. int threadId;
  11. // Create an instance of the test class.
  12. AsyncDemo ad = new AsyncDemo();
  13. // Create the delegate.
  14. AsyncMethodCaller caller = new AsyncMethodCaller(ad.TestMethod);
  15. // Initiate the asychronous call.
  16. IAsyncResult result = caller.BeginInvoke(3000,
  17. out threadId, null, null);
  18. // 等待结果返回
  19. while (result.IsCompleted == false)
  20. {
  21. Thread.Sleep(10);
  22. }
  23. // Call EndInvoke to retrieve the results.
  24. string returnValue = caller.EndInvoke(out threadId, result);
  25. Console.WriteLine("The call executed on thread {0}, with return value \"{1}\".",
  26. threadId, returnValue);
  27. }
  28. }
  29. }

·                     将用于回调方法的委托传递给 BeginInvoke。异步调用完成后，将在 ThreadPool 线程上执行该方法。该回调方法将调用 EndInvoke。注意：该回调函数的执行是在另外一个线程上。

  1. using System;
  2. using System.Threading;
  3. namespace Examples.AdvancedProgramming.AsynchronousOperations
  4. {
  5. public class AsyncMain
  6. {
  7. // Asynchronous method puts the thread id here.
  8. private static int threadId;
  9. static void Main() {
  10. // Create an instance of the test class.
  11. AsyncDemo ad = new AsyncDemo();
  12. // Create the delegate.
  13. AsyncMethodCaller caller = new AsyncMethodCaller(ad.TestMethod);
  14. // Initiate the asychronous call.  Include an AsyncCallback
  15. // delegate representing the callback method, and the data
  16. // needed to call EndInvoke.
  17. IAsyncResult result = caller.BeginInvoke(3000,
  18. out threadId,
  19. new AsyncCallback(CallbackMethod),
  20. caller );
  21. Console.WriteLine("Press Enter to close application.");
  22. Console.ReadLine();
  23. }
  24. // Callback method must have the same signature as the
  25. // AsyncCallback delegate.
  26. static void CallbackMethod(IAsyncResult ar)
  27. {
  28. // Retrieve the delegate.
  29. AsyncMethodCaller caller = (AsyncMethodCaller) ar.AsyncState;
  30. // Call EndInvoke to retrieve the results.
  31. string returnValue = caller.EndInvoke(out threadId, ar);
  32. Console.WriteLine("The call executed on thread {0}, with return value \"{1}\".",
  33. threadId, returnValue);
  34. }
  35. }
  36. }

二、使用 IAsyncResult 调用异步方法（使用层面）

.NET Framework 的许多方面都支持异步编程功能，这些方面包括：

·                     文件 IO、流 IO、套接字 IO。

·                     网络。

·                     远程处理信道（HTTP、TCP）和代理。

·                     使用 ASP.NET 创建的 XML Web services。

·                     ASP.NET Web 窗体。

·                     使用 MessageQueue 类的消息队列。

这些已经实现了异步操作的类或组件，可以直接调用其异步方法（以Begin和End开头）。调用异步方法后等待结果可以参考“异步调用同步方法”的处理。

三、基于 IAsyncResult 的异步设计模式（设计层面）

待续...

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