C#线程系列讲座(1)：BeginInvoke和EndInvoke方法

开发语言：C#3.0

IDE：Visual Studio 2008

本系列教程主要包括如下内容：

1. BeginInvoke和EndInvoke方法

2. Thread类

3. 线程池

4. 线程同步基础

5. 死锁

6. 线程同步的7种方法

7. 如何在线程中访问GUI组件

一、线程概述

在操作系统中一个进程至少要包含一个线程，然后，在某些时候需要在同一个进程中同时执行多项任务，或是为了提供程序的性能，将要执行的任务分解成多个子任务执行。这就需要在同一个进程中开启多个线程。我们使用C#编写一个应用程序（控制台或桌面程序都可以），然后运行这个程序，并打开windows任务管理器，这时我们就会看到这个应用程序中所含有的线程数，如下图所示。

如果任务管理器没有“线程数”列，可以【查看】>【选择列】来显示“线程计数”列。从上图可以看出，几乎所有的进程都拥有两个以上的线程。从而可以看出，线程是提供应用程序性能的重要手段之一，尤其在多核CPU的机器上尤为明显。

二、用委托(Delegate)的BeginInvoke和EndInvoke方法操作线程

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。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。我们可以通过四种方法从EndInvoke方法来获得返回值。

三、直接使用EndInvoke方法来获得返回值

    当使用BeginInvoke异步调用方法时，如果方法未执行完，EndInvoke方法就会一直阻塞，直到被调用的方法执行完毕。如下面的代码所示：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading;

namespace MyThread
{
     class Program
     {
         private static int newTask( int ms)
         {
             Console.WriteLine( " 任务开始 " );
             Thread.Sleep(ms);
             Random random = new Random();
             int n = random.Next( 10000 );
             Console.WriteLine( " 任务完成 " );
             return n;
         }

         private delegate int NewTaskDelegate( int ms);
             
        
         static void Main( string [] args)
         {
             NewTaskDelegate task = newTask;
             IAsyncResult asyncResult = task.BeginInvoke( 2000 , null , null );

            // EndInvoke方法将被阻塞2秒
             int result = task.EndInvoke(asyncResult);           
             Console.WriteLine(result);
         }
     }
}

    在运行上面的程序后，由于newTask方法通过Sleep延迟了2秒，因此，程序直到2秒后才输出最终结果（一个随机整数）。如果不调用EndInvoke方法，程序会立即退出，这是由于使用BeginInvoke创建的线程都是后台线程，这种线程一但所有的前台线程都退出后（其中主线程就是一个前台线程），不管后台线程是否执行完毕，都会结束线程，并退出程序。关于前台和后台线程的详细内容，将在后面的部分讲解。

    读者可以使用上面的程序做以下实验。首先在Main方法的开始部分加入如下代码：

Thread.Sleep(10000);

    以使Main方法延迟10秒钟再执行下面的代码，然后按Ctrl+F5运行程序，并打开企业管理器，观察当前程序的线程数，假设线程数是4，在10秒后，线程数会增至5，这是因为调用BeginInvoke方法时会建立一个线程来异步执行newTask方法，因此，线程会增加一个。

四、使用IAsyncResult asyncResult属性来判断异步调用是否完成

    虽然上面的方法可以很好地实现异步调用，但是当调用EndInvoke方法获得调用结果时，整个程序就象死了一样，这样做用户的感觉并不会太好，因此，我们可以使用asyncResult来判断异步调用是否完成，并显示一些提示信息。这样做可以增加用户体验。代码如下：

static void Main( string [] args)
{
    NewTaskDelegate task = newTask;
     IAsyncResult asyncResult = task.BeginInvoke( 2000 , null , null );

     while ( ! asyncResult.IsCompleted)
    {
        Console.Write( " * " );
        Thread.Sleep( 100 );
    }
     // 由于异步调用已经完成，因此， EndInvoke会立刻返回结果
    int result = task.EndInvoke(asyncResult);           
     Console.WriteLine(result);
}

    上面代码的执行结果如下图所示。

    由于是异步，所以“*”可能会在“任务开始”前输出，如上图所示。

五、使用WaitOne方法等待异步方法执行完成

    使用WaitOne方法是另外一种判断异步调用是否完成的方法。代码如下：

static void Main( string [] args)
{
     NewTaskDelegate task = newTask;
     IAsyncResult asyncResult = task.BeginInvoke( 2000 , null , null );

     while ( ! asyncResult.AsyncWaitHandle.WaitOne( 100 , false ))
     {
          Console.Write( " * " );              
     }

     int result = task.EndInvoke(asyncResult);
     Console.WriteLine(result);
}

    WaitOne的第一个参数表示要等待的毫秒数，在指定时间之内，WaitOne方法将一直等待，直到异步调用完成，并发出通知，WaitOne方法才返回true。当等待指定时间之后，异步调用仍未完成，WaitOne方法返回false，如果指定时间为0，表示不等待，如果为-1，表示永远等待，直到异步调用完成。

六、使用回调方式返回结果

    上面介绍的几种方法实际上只相当于一种方法。这些方法虽然可以成功返回结果，也可以给用户一些提示，但在这个过程中，整个程序就象死了一样（如果读者在GUI程序中使用这些方法就会非常明显），要想在调用的过程中，程序仍然可以正常做其它的工作，就必须使用异步调用的方式。下面我们使用GUI程序来编写一个例子，代码如下：

private delegate int MyMethod();
private int method()
{
     Thread.Sleep( 10000 );
     return 100 ;
}
private void MethodCompleted(IAsyncResult asyncResult)
{
     if (asyncResult == null ) return ;
     textBox1.Text = (asyncResult.AsyncState as
     MyMethod).EndInvoke(asyncResult).ToString();
}

private void button1_Click( object sender, EventArgs e)
{

     MyMethod my = method;
     IAsyncResult asyncResult = my.BeginInvoke(MethodCompleted, my);
}

    要注意的是，这里使用了BeginInvoke方法的最后两个参数（如果被调用的方法含有参数的话，这些参数将作为BeginInvoke的前面一部分参数，如果没有参数，BeginInvoke就只有两个参数了）。第一个参数是回调方法委托类型，这个委托只有一个参数，就是IAsyncResult,如MethodCompleted方法所示。当method方法执行完后，系统会自动调用MethodCompleted方法。BeginInvoke的第二个参数需要向MethodCompleted方法中传递一些值，一般可以传递被调用方法的委托，如上面代码中的my。这个值可以使用IAsyncResult.AsyncState属性获得。

    由于上面的代码通过异步的方式访问的form上的一个textbox，因此，需要按ctrl+f5运行程序（不能直接按F5运行程序，否则无法在其他线程中访问这个textbox，关于如果在其他线程中访问GUI组件，并在后面的部分详细介绍）。并在form上放一些其他的可视控件，然在点击button1后，其它的控件仍然可以使用，就象什么事都没有发生过一样，在10秒后，在textbox1中将输出100。

七、其他组件的BeginXXX和EndXXX方法

    在其他的.net组件中也有类似BeginInvoke和EndInvoke的方法，如System.Net.HttpWebRequest类的BeginGetResponse和EndGetResponse方法，下面是使用这两个方法的一个例子：

private void requestCompleted(IAsyncResult asyncResult)
{
     if (asyncResult == null ) return ;
     System.Net.HttpWebRequest hwr = asyncResult.AsyncState as System.Net.HttpWebRequest;
     System.Net.HttpWebResponse response =
(System.Net.HttpWebResponse)hwr.EndGetResponse(asyncResult);
     System.IO.StreamReader sr = new
System.IO.StreamReader(response.GetResponseStream());
     textBox1.Text = sr.ReadToEnd();
}
private delegate System.Net.HttpWebResponse RequestDelegate(System.Net.HttpWebRequest request);

private void button1_Click( object sender, EventArgs e)
{
     System.Net.HttpWebRequest request =
     (System.Net.HttpWebRequest)System.Net.WebRequest.Create( " http://www.cnblogs.com " );
     IAsyncResult asyncResult = request.BeginGetResponse(requestCompleted, request);     
}