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.NET中的异步编程

  • 时间:2017-09-19
  • 发布:深圳.net培训班
  • 来源:达内新闻

开篇

异步编程是程序设计的重点也是难点,还记得在刚开始接触.net的时候,看的是一本c#的Winform实例教程,上面大部分都是教我们如何使用Winform的控件以及操作数据库的实例,那时候做的基本都是数据库的demo,数据量也不大,程序在执行的时候基本上不会出现阻塞的情况。随着不断的深入.net,也开始进入的实战,在实际的项目,数据量往往都是比较大,特别是在大量的数据入库以及查询数据并进行计算的时候,程序的UI界面往往卡死在那里,发生了阻塞,这时候就需要对计算时间限制的过程进行异步处理,让UI线程继续相应用户的操作,使得用户体验表现比较友好,同时正确的使用异步编程去处理计算限制的操作和耗时IO操作还能提升的应用程序的吞吐量及性能。由此可见,异步编程的重要性。

异步编程在程序设计中也是非常复杂的,稍有不慎,就会使得你的应用程序变得不稳定,出现异常,甚至会奔溃。但是,比较幸运的是,.net提供非常方便的框架来进行异步编程,在我看来.net中实现异步有两种方式,第一种是多线程的方式,第二种是使用异步函数,其实在异步函数中使用的还是多线程的技术。接下来就介绍在.net中如何使用多线程和异步函数来解决计算限制、耗时等这些不友好用户体验的问题。

异步编程中比较关心,也是比较重要的技术点在于,1)当异步线程在工作完成时如何通知调用线程,2)当异步线程出现异常的时候该如何处理,3)异步线程工作的进度如何实时的通知调用线程。4)如何在调用线程中取消正在工作的异步线程,并进行回滚操作。

一、异步函数模型

c#中提供异步函数编程模式,只要是使用委托对象封装的函数都可以实现该函数的异步调用,这是因为委托类型有BeginInvoke和EndInvoke这两个方法来支持异步调用。

下面给出一个例子来讲解如何使用委托的来实现异步调用函数。

class Program

{ public delegate void DoWork(); static void Main(string[] args)

{

DoWork d = new DoWork(WorkPro);//no.1

d.BeginInvoke(null, null);//no.2

for (int i = 0; i < 100; i++)//no.3 {

Thread.Sleep(10);//主线程需要做的事 }

Console.WriteLine("主线程done");

Console.ReadKey();

} public static void WorkPro()

{ //做一些耗时的工作

Thread.Sleep(2000);

Console.WriteLine("异步调用结束");

}

}

程序定义了一个DoWork类型无参无返回值的的委托类型,no.1用WorkPro方法实例化一个DoWork类型的对象d ,no.2通过委托对象d的BeginInvoke(null,null)(下面将会详细介绍BeginInvoke函数中两个参数如何使用)来实现WorkPro函数的异步调用,这样就使得no.3主线程所做的for循环和WorkPro函数可以同时执行,这样使得程序的运行效率得到了大幅度的提升。如果程序是同步执行的话,假设WorkPro函数执行需要2秒,for需要1秒,总共执行时间就需要3秒,如果WorkPro是异步执行的话,那么整个程序执行完毕只需要2秒就够了。

【.NET中的异步编程】

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上面这个例子只是简单演示了如何通过委托来实现函数的异步调用,而没有传递给该异步函数任何的参数,也不需要获取该异步函数的结果。如果主线需要传递给该异步函数一个参数,并且还要在该异步函数执行完毕之后获取其执行结果,那应该如何实现呢?

class Program

{ public delegate int DoWord(int count); static void Main(string[] args)

{

DoWord d = new DoWord(WorkPro);

IAsyncResult r= d.BeginInvoke(1000,null,null);//no.1

int result= d.EndInvoke(r);//no.2 Console.WriteLine(result); for (int i = 0; i < 100; i++)//no.3 {

Thread.Sleep(10);//主线程需要做的事 }

Console.WriteLine("主线程done");

Console.ReadKey();

} public static int WorkPro(int count)

{ int sum = 0; //做一些耗时的工作

for (int i = 0; i < count; i++)

{

sum += i;

} return sum;

}

}

我们已经把委托类型改为具有一个int类型的参数和int类型返回值。在这里解释一下,每当你的编译器发现定义了一个委托类型,就会对应的生成一个类型,并且该类型BeginInvoke方法的参数个数也是不同的,本例声明的委托类型为:

public delegate int DoWord(int count);

实际生成的BeginInvoke原型为:IAsyncResult BeginInvoke(int count, AsyncCallBack callback, object @object)

在no.1处还是和第一个例子一样调用委托,不同的是用IAsyncResult接口的变量接收了异步调用(并不是异步函数)的返回状态,这是方便后面调用EndInvoke方法接受这个异步函数调用结果而使用的,也可以通过该参数查看异步函数执行的状态,该接口有一个IsCompleted的属性。在no.2处使用d.EndInvoke(r)来接受异步函数返回值的。必须指出的是,主线程在调用委托的EndInvoke(r)方法时,当异步函数没有执行完毕的话,主线程会一直处于阻塞,等待异步函数执行完毕,获取返回值之后才执行no.3的for循环。这样就还会导致主线程处于阻塞状态。

理想的状态的是,当异步函数调用完成之后,自动通知任务执行完成。当然委托也能够做到,这就要使用BeginInvoke方法的后两个参数啦。看下面这个例子。

class Program

{ public delegate int DoWord(int count); static void Main(string[] args)

{

DoWord d = new DoWord(WorkPro);

IAsyncResult r= d.BeginInvoke(100,CallBack ,d);//no.1

for (int i = 0; i < 100; i++)

{

Thread.Sleep(10);//主线程需要做的事 }

Console.WriteLine("主线程done");

Console.ReadKey();

} public static int WorkPro(int count)

{ int sum = 0; //做一些耗时的工作

for (int i = 0; i < count; i++)

{

sum += i;

Thread.Sleep(10);

} return sum;

}

public static void CallBack(IAsyncResult r)

{

DoWord d = (DoWord)r.AsyncState;

Console.WriteLine("异步调用完成,返回结果为{0}", d.EndInvoke(r));

}

}

首先来解释一下BeginInvoke方法的第二个参数是AsyncCallBack 类型的委托(回调函数),当该参数不为空,那么在异步函数执行完毕之后,会调用该委托;第三个参数Object 类型的,代表传递给回调函数的异步调用状态。CallBack回调函数必须带有一个IAsyncResult 类型的参数,通过这个参数可以在回调方法内部获取异步调用的结果。在no.1出就给BeginInvoke函数传递了回调函数CallBack,和委托d,当异步数WorkPro执行完毕之后,就立即通知CallBack回调函数来显示执行结果。这下主线程就不需要阻塞一直的等待异步函数的结果,大大的提升了程序的运行效率。在.net还提供许多类的BeinXXX()和EndXXX()的异步版本,比如文件的读写等,具体可以查阅相关的资料。

其中异步函数内部所使用的线程均是线程池中的工作线程,由线程池去分配管理的。

二、多线程模型

.net在System.Threading和System.Threading.Tasks这两个命名空间中提供了Thread,ThreadPool,和Task三个类来处理多线程的问题,其中Thread是建立一个专用线程,ThreadPool是使用线程池中工作线程,而Task类是采用任务的方式,其内部也是使用线程池中的工作线程。本节只讲Tread类和Tasks类的使用以及其优劣。

1、Thread类

Thread类的使用方法很简单,它开辟的是一个专用线程,不是线程池中的工作线程,不由线程池去管理。该类提供4个重载版本,常见的使用前面两个就好了。

1)public Thread( ThreadStart start ):其中ThreadStart是一个无参无返回值的委托类型。

2)public Thread( ParameterizedThreadStart start ):其中ParameterizedThreadStart 是一个带有一个Object类型的参数,无返回值的委托类型。

从Thread类提供了两个构造函数可以看出,Thread类能够异步调用无参无返回值的函数,也能够异步调用带一个Object类型的无返回值的函数。下面就给出一个例子简单的演示一下如何使用Thread异步执行一个带参数的函数。

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