异步编程（十一）：委托方法的BeginInvoke和EndInvoke

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委托对象的调用列表中只有一个方法（我们通常称之为引用方法）时，可以进行异步执行。委托类有两个方法：BeginInvoke和EndInvoke就是用来实现这一效果的。

• 当我们调用委托的BeginInvoke方法时，将会在一个独立的线程执行委托的引用方法，并立即返回到原始线程（即调用方法的位置），继续向下执行。此时委托的引用方法在线程池中并行执行。
• 当程序希望获取已完成的异步方法结果时，可以检查BeginInvoke返回的IAsycnResult的IsCompleted属性，或者调用委托的EndInvoke方法来等待委托的完成。

通常我们在实际使用过程中，这种异步执行的方法常常采用三种模式：

1. 等待完成模式（wait-until-done)：发起异步方法后，就去完成其他处理内容，然后原始线程就中断并等待异步方法完成后才继续其他执行。
2. 轮询模式（polling）：原始线程通过循环定期检查异步方法是否完成，如果没有则继续做其他事情。
3. 回调模式（callback）：原始线程发起异步方法后就不在理会和检查结果。异步方法在完成后，自行调用回调方法，由回调方法在调用EndInvoke之前处理异步方法的结果。

1. BeginInvoke和EndInvoke方法

首先我们需要了解BeginInvoke的一些重要事项：

• BeginInvoke 参数的组成：
  • 委托的引用方法自身的参数；
  • 两个额外参数：callback 和state参数。
• BeginInvoke从线程池中获得一个线程并让引用方法在此线程中开始运行。
• BeginInvoke会返回一个实现IAsyncResult接口的对象，这个对象可以反映线程中异步方法的实时状态。
  例如：

delegate long MyDel(int first, int second);
...
static long Sum (int x,int y){...}
...
MyDel del=new MyDel(Sum);
IAsyncResult iar = del.BeginInvoke(3,5,null,null);

EndInvoke 用来获取异步方法调用返回的值，并且清除释放线程中使用的资源。特征如下：

• 它接受BeginInvoke返回的IAsyncResult对象，并由此找到关联的线程；
• 如果线程池中的线程已经退出，则做如下两件事：
  • 清理线程状态并释放其资源；
  • 如果引用方法有返回值，则将其返回。
• 如果线程仍在运行，EndInvoke将停止并等待，直到方法完成，然后清理线程并获取返回值。因为EndInvoke负责线程清理工作，因此每一个BeginInvoke都必须有对应的EndInvoke相匹配。
• 如果异步方法触发了异常，将在调用EndInvoke方法时抛出。

如下代码示例了一个EndInvoke的调用，它必须以IAsyncResult对象的引用为参数：

long result = del.EndInvoke(iar);

EndInvoke提供了从异步方法返回的所有输出，包括ref和out参数。如果委托的引用方法有ref和out参数，它们就必须包含在EndInvoke的参数列表中。例如：

long result = del.EndInvoke(out int someInt, iar);

2. 等待完成模式

在这种模式下，原始线程发起一个异步方法的调用，做一些事情处理，然后停止并等待，直到开启线程结束。

using System;
using System.Threading;

delegate long MyDel (int first, int second);
class Program
{
    static long Sum(int x, int y)
    {
        Console.WriteLine(“        Inside Sum”);
        Thread.Sleep(100);
        return x+y;
    }
    
    static void Main()
    {
        MyDel del=new MyDel(Sum);
        Console.WriteLine(“Before BeginInvoke”);
        IAsyncResult iar=del.BeginInvoke(3, 5, null, null);
        Console.WriteLine(“ After BeginInvoke”);
        Console.WriteLine(“Doing stuff”);
        
        long result = del.EndInvoke(iar);
        Console.WriteLine(“After EndInvoke:{0}”, result);
    }
}

3.AsyncResult类

AsyncResult 是方法的必要部分，BeginInvoke 返回一个IAsyncResult接口的引用（内部是AsyncResult类的对象）。AsyncResult类表现了异步方法的状态。

• 当我们调用委托对象的BeginInvoke方法时，系统创建一个AsyncResult类的对象，然后它不返回类对象的引用，而是返回对象中包含的IAsyncResult接口的引用。
• AsyncResult对象包含一个叫做AsyncDelegate的属性，它返回一个指向被调用来开启异步方法的委托的引用。注意，这个属性是类对象的一部分而不是接口的一部分。
• IsCompleted 属性返回异步方法是否完成的布尔值。
• AsyncState返回一个对象引用，做为BeginInvoke 方法调用时的state参数。它返回object类型的引用，只有在回调模式中使用。

4. 轮询模式

在轮询模式中，原始线程发起了异步方法的调用，做一些其他处理，然后使用IAsyncResult对象的IsCompleted属性定期检查开启的线程是否完成。如果完成则继续向下执行，否则继续做它的其他处理，直到下一次检查。

    delegate long MyDel(int x, int y);
    class program
    {
        long Sum(int x, int y)
        {
            Console.WriteLine("        Inside Sum");
            Thread.Sleep(100);
            return x + y;
        }

        static void Main()
        {
            MyDel del = new MyDel(Sum);

            IAsyncResult iar = del.BeginInvoke(3, 5, null, null);
            Console.WriteLine("After BeginInvoke");
            while (!iar.IsCompleted)
            {
                Console.WriteLine("Not Done");
                for (long i = 0; i < 10000000; i++) ;
            }
            Console.WriteLine("Done");

            long result = del.EndInvoke(iar);
            Console.WriteLine("Result:{0}", result);
        }
    }

4. 回调模式

在之前的等待结束模式和轮询模式中，初始线程都是继续自己的控制流程，直到它知道开启的线程已经完成，然后获取结果并继续。
回调模式则与之不同，一旦初始线程发起了异步方法，由它自己管理，就不再进行管理。异步方法调用结束后，系统自动调用一个用户自定义的方法来自行处理结果，并且调用委托的EndInvoke方法。这个用户自定义的方法做做回调方法或简称回调。
BeginInvoke的参数列表中最后两个额外参数就是供回调方法使用的。

• 第一个参数callback，是回调方法的名字；
• 第二个参数state，可以是null或要传入回调方法的一个对象引用。我们可以通过使用IAsyncResult参数的AsyncState属性来获取这个对象，参数类型是object。

1）回调方法

回调方法的签名和返回类型必须与AsyncCallback委托类型所描述的形式一致。它需要方法接受一个IAsyncResult作为参数并且返回类型是void，如下所示

 void AsyncCallback(IAsysnResult iar)

我们有多种方式可以为BeginInvoke方法提供回调方法。由于BeginInvoke中的callback参数是AsyncCallback类型的委托，我们可以以委托形式提供，或者，我们也可以只提供回调方法的名称，让编译器为我们创建委托，两种方法是完全等价的。

IAsyncResult iar1=del.BeginInvoke(3,5,new AsyncCallback(CallWhenDone),null)
IAsyncResult iar2=del.BeginInvoke(3,5,CallWhenDone,null)

BeginInvoke的另外一个参数是发送给回调方法的对象。它可以是任何类型的对象，但是参数类型是object。所以在回调方法中，我们必须转换成正确的类型。

2）在回调方法中调用EndInvoke

在回调方法内，我们的代码应该调用委托的EndInvoke方法来处理异步方法执行后的输出值。要调用委托的EndInvoke方法，我们肯定需要委托对象的引用，而它在初始线程中，不在开启的线程中。如果不使用state参数作为其他用途，可以使用它发送委托的引用给回调方法。

IAsyncResult iar = del,BeginInvoke(3,5,CallWhenDone,del);

• 给回调方法的参数只有一个，就是刚结束的异步方法的IAsyncResult接口的引用。请记住：IAsyncResult接口对象在内部就是AsyncResult类对象。
• 尽管IAsyncResult接口没有委托对象的引用，而封装它的AsyncResult类对象却有委托对象的引用。所以可以通过转换接口引用为类类型来获取类对象的引用。
• 有了类对象的引用，我们现在就可以调用类对象的AsyncDelegate属性并且把它转换为合适的委托类型。这样就得到了委托引用，我们可以用它来调用EndInvoke方法。

using System.Runtime.Remoting.Messaging;        //包含AsyncResult类
        void CallWhenDone(IAsyncResult iar)
        {
            AsyncResult ar = (AsyncResult)iar;      // 获取类对象的引用
            MyDel del = (MyDel)ar.AsyncDelegate;    // 获取委托的引用
            long sum = del.EndInvoke(iar);          // 调用EndInvoke方法
            ...
        }       

如此我们就完成了一个使用回调模式的完整示例。为了方便阅读，我们把所有知识点放在一起：

using System;
using System.Threading;
using System.Runtime.Remoting.Messaging; //包含AsyncResult类
namespace YbydjyLibrary
{
    delegate long MyDel(int first, int second);
    class Program
    {
        static long Sum(int x, int y)
        {
            Console.WriteLine("            Inside Sum");
            Thread.Sleep(100);
            return x + y;
        }

        static void CallWhenDone(IAsyncResult iar)
        {
            Console.WriteLine("            Inside CallWhenDone");
            AsyncResult ar = (AsyncResult)iar;      // 获取类对象的引用
            MyDel del = (MyDel)ar.AsyncDelegate;    // 获取委托的引用

            long sum = del.EndInvoke(iar);          // 调用EndInvoke方法
            Console.WriteLine($"Result:{sum}");
        }

        static void Main()
        {
            MyDel del = new MyDel(Sum);
            Console.WriteLine("Before BeginInvoke");
            IAsyncResult iar = del.BeginInvoke(3, 5, new AsyncCallback(CallWhenDone), null);
            Console.WriteLine("Doing more work in Main");
            Thread.Sleep(500);
            Console.WriteLine("Done with Main. Exiting.");
        }       
    }
}