C#线程间通信的异步机制

线程间通信

我们看下面的图

我们来看线程间通信的原理:线程(Thread B)和线程(Thread A)通信, 首先线程A 必须实现同步上下文对象(Synchronization Context), 线程B通过调用线程A的同步上下文对象来访问线程A,所有实现都是在同步上下文中完成的.线程B有两种方式来实现线程间的通信。

第一种:调用线程A的同步上下文对象,阻碍当前线程,执行红色箭头调用,直到黄色箭头返回(同步上下文执行完毕)才释放当前线程. (1->2->3->5)。

第二种:调用线程A的同步上下文对象(实际上是在开启一个新线程去执行,1->2->3->5) ,执行红色箭头,但并不阻碍当前线程(原有线程,1->4->5),绿色箭头继续执行。

文章中将会通过下面几个类来进行介绍:

• ISynchronizeInvoke 接口
• SynchronizationContext 类
• AsyncOperation / AsyncOperationManager 类

1. ISynchronizeInvoke 接口

我们先来看下面一段异步的代码(Window Form控件下有1个Button/1个Label),但点击Button的时候,执行异步调用,完成后,告诉Window Form的 Label控件Text属性”Asynchronous End”。

在windows应用窗体应用程序中，对窗体上控件属性的任何修改都必须在主线程中完成。不能从其他线程安全地访问控件的方法和属性。

ISynchronizeInvoke 接口来自.Net Framework 1.0,提供3个方法1个属性:

• BeginInvoke / EndInvoke 方法 : 异步方法
• Invoke 方法 : 同步方法
• InvokeRequired 属性 : 判读来源的执行线程

        delegate void DoWork();
        private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            //更新状态,添加到Listbox 中
            AddValue("Asynchronous Start.");
            //使用委托来调用异步方法
            DoWork work = DoWorkMethod;
            work.BeginInvoke(OnWorkCallback, work);
        }

        void OnWorkCallback(IAsyncResult asyncResult)
        {
            DoWork work = asyncResult.AsyncState as DoWork;
            if (work != null)
            {
                work.EndInvoke(asyncResult);
            }
            //(1)方法:调用Control控件的Invoke
            //Action asyncUpdateState = UpdateStatus; //Action 介绍=> 附1
            //Invoke(asyncUpdateState, "1:Asynchronous End.");

            //(2)方法:直接在异步调用的线程下
            UpdateStatus("2:Asynchronous End.");
        }

        void UpdateStatus(string input)
        {
            //把你需要通知的控件Control 赋值给ISynchronizeInvoke
            //来实现线程间的通信
            ISynchronizeInvoke async = this.listBoxStatus;
            //使用(1)方法,InvokeRequired == false ,来源当前(Window Form)主线程
            if (async.InvokeRequired == false)
                AddValue(input);
            else// 使用(2)方法 == true ,来源其他线程(异步)
            {
                Action action = new Action(status =>
                {
                    AddValue(status);
                });
                //调用ISynchronizeInvoke 提供的Invoke 同步方法,阻碍线程,直到调用结束
                //也可以使用ISynchronizeInvoke 提供的异步BeginInvoke/EndInvoke方法来实现调用.
                async.Invoke(action, new object[] { input });
            }
        }

        void AddValue(string input)
        {
            this.listBoxStatus.Items.Add(string.Format("[(#{2}){0}]Context is null:{1}", input, Thread.CurrentContext == null, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId));
        }
        void DoWorkMethod()
        {
            Thread.Sleep(3000);//模拟耗时工作
        }

在代码中(UpdateStatus方法体内),我们可以看到主要是在ISynchronizeInvoke async = this.listBoxStatus;实现了线程间的通信,MSDN的解释” 实现此接口的对象可以接收事件已发生的通知，并且可以响应有关该事件的查询”. 并使Window Form(主线程) 下的ListBox 控件和来自异步方法(另外一个线程)的建立了通道。
InvokeRequired 判断线程的来源。

如果使用(1)方法,来源于Window Form 自身Control 的Invoke方法, InvokeRequired将返回false; 来源另外线程(异步)。

如果使用(2)返回true.同时ISynchronizeInvoke 提供了异步(BeginInvoke+EndInvok)和同步方法(Invoke)来实现线程间通信.Invoke 就是最上面的图1 所示的第一种 / BeginInvoke+EndInvok 是第二种。

2. SynchronizationContext 类

相比ISynchronizeInvoke 接口,SynchronizationContext 类(来自.Net Framework 2.0)提供了更多的方法来操作同步上下文对象,实现线程间通信.在上面的例子中SynchronizationContext类中将由 Post/Send 方法来实现。

反编译后我们看到:

  public virtual void Post(SendOrPostCallback d, object state)
　{
　　　ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(d.Invoke), state);
　}

　public virtual void Send(SendOrPostCallback d, object state)
　{
　　　d(state);
　}

• Send = ISynchronizeInvoke 中的Invoke 同步调用.图1中的第一种
• Post = ISynchronizeInvoke 中的BeginInvoke + EndInvoke异步调用. 图1中的第二种

SynchronizationContext 类举例（在WinForm 下编程）

      delegate void DoWork();
　　　private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
　　　{
　　　　　//System.Windows.Forms.Form 自动的创建默认的同步上下文对象,
　　　　　//直接的获取当前的同步上下文对象
　　　　　SynchronizationContext context = SynchronizationContext.Current;
　　　　　//更新状态,添加到Listbox 中
　　　　　AddValue("Asynchronous Start.");
　　　　　//使用委托来调用异步方法
　　　　　　DoWork work = DoWorkMethod;
　　　　　　work.BeginInvoke(OnWorkCallback, context);

　　　　}
　　　　void OnWorkCallback(IAsyncResult asyncResult)
　　　　{
　　　　　　AsyncResult async = (AsyncResult)asyncResult;
　　　　　　DoWork work = (DoWork)async.AsyncDelegate;
　　　　　　work.EndInvoke(asyncResult);
　　　　　　
　　　　　　//更新状态
　　　　　　UpdateStatus("Asynchronous End.", asyncResult.AsyncState);
　　　　}
　　　　void UpdateStatus(object input,object syncContext)
　　　　{
　　　　　　//获取主线程(Window Form)中同步上下文对象
　　　　　　SynchronizationContext context = syncContext as SynchronizationContext;
　　　　　　//使用SynchronizationContext 类中异步Post 方法
　　　　　　SendOrPostCallback callback = new SendOrPostCallback(p => {
　　　　　　　　AddValue