.NET异步编程模式(二)

在 C#1 的时候就包含了APM，在 APM 模型中，异步操作通过 IAsyncResult 接口实现，包括两个方法 BeginOperationName 和 EndOperationName ，分别表示开始和结束异步操作。

Demo

我们先来看一个同步示例。新建WPF程序，在界面上放一个按钮。点击按钮访问外网，会有一定时间的阻塞。

private void SyncBtn_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
    // 记录时间
    Debug.WriteLine(DateTime.Now.TimeOfDay.ToString() + 
                    ",ThreadID = " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);

    // 访问外网网站网站
    var req = WebRequest.Create("https://docs.newrelic.com/docs/apm/agents/net-agent/getting-started/net-agent-compatibility-requirements-net-framework/");
    req.GetResponse();

    // 记录时间
    Debug.WriteLine(DateTime.Now.TimeOfDay.ToString() +
                    ",ThreadID = " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
}

当我们点击按钮后，因为web请求是同步的，会阻塞UI线程一定时间。从输出日志上看阻塞时间是 1 秒钟左右，此时界面呈卡死状态。

日志输出如下：

13:16:09.5031834,ThreadID = 1

13:16:10.5220362,ThreadID = 1

从运行效果和日志，我们可以看出：

• WebRequest方法调用前后都是在同一个线程上执行-UI线程
• WebReqeust方法阻塞了UI线程，导致“假死”现象

WebRequest也提供了异步方法，BeginGetResponse,EndGetResponse。我们修改一下代码，新增一个按钮。

private void APM_Btn_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
    // 记录时间
    Debug.WriteLine("1-" + DateTime.Now.TimeOfDay.ToString() +
                    ",ThreadID = " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);

    // 访问外网网站网站
    var req = WebRequest.Create("https://docs.newrelic.com/docs/apm/agents/net-agent/getting-started/net-agent-compatibility-requirements-net-framework/");
    req.BeginGetResponse(new AsyncCallback(t => { WebRequestCallback(t,req); }), null);

    // 记录时间
    Debug.WriteLine("3-" + DateTime.Now.TimeOfDay.ToString() +
                    ",ThreadID = " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
}

/// 

/// 异步回调
/// 
/// 
private void WebRequestCallback(IAsyncResult result, WebRequest request)
{
    var response = request.EndGetResponse(result);
    // 获取返回数据流
    var stream = response.GetResponseStream();

    using(StreamReader reader = new StreamReader(stream))
    {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        while(!reader.EndOfStream)
        {
            var content = reader.ReadLine();
            sb.Append(content);
        }

        // 记录时间
        Debug.WriteLine("2-" + DateTime.Now.TimeOfDay.ToString() +
                        ",ThreadID = " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
    }
}

运行效果如下：

日志输出如下：

1-13:10:01.7734197,ThreadID = 1

3-13:10:01.8826176,ThreadID = 1

2-13:10:03.2614022,ThreadID = 14

从运行效果和日志，我们可以看出：

• 异步方法不会阻塞调用方法，调用后立刻返回
• 异步方法会在另外一个线程上执行

IAsyncResult

BeginOperationName 方法会返回一个实现了 IAsyncResult 接口的对象。该对象存储了关于异步操作的信息。

转到定义，我们可以看到接口中都包含哪些内容：

自定义异步方法

实现该接口，定义自己的异步方法。

public class MyWebRequestResult : IAsyncResult
{
    /// 

    /// 用户定义属性，可以存放数据
    /// 
    public object? AsyncState => throw new NotImplementedException();
    /// 

    /// 获取用于等待异步操作完成的 WaitHandle
    /// 
    public WaitHandle AsyncWaitHandle => throw new NotImplementedException();
    /// 

    /// 表示异步操作是否是同步完成
    /// 
    public bool CompletedSynchronously => throw new NotImplementedException();
    /// 

    /// 表示异步操作是否完成
    /// 
    public bool IsCompleted => throw new NotImplementedException();
}

我们需要新建一个回调函数：

public class MyWebRequestResult : IAsyncResult
{
    /// 

    /// 异步回调函数
    /// 
    private AsyncCallback _callback;
    public string Result { get; private set; }
    // 构造函数
    public MyWebRequest(AsyncCallback asyncCallback, object state)
    {
        _callback = asyncCallback;
    }
    // 设置结果
    public void SetComplete()
    {
        AsyncState = result;
        Result = result;
        if(null != _callback)
        {
            _callback(this);
        }
    }
    // ...
}

在次之后就可以自定义 APM 异步模型了：

public IAsyncResult BeginMyWebRequest(AsyncCallback callback)
{
    // 1. 先给 IAsyncResult 进行赋值
    var myResult = new MyWebRequestResult(callback, null);
    var request = WebRequest.Create("https://docs.newrelic.com/docs/apm/agents/net-agent/getting-started/net-agent-compatibility-requirements-net-framework/");
    // 2. 新建线程，执行耗时任务
    new Thread(() => {
        using (StreamReader sr = new StreamReader(request.GetResponse().GetResponseStream()))
        {
            var str = sr.ReadToEnd();
            // 3. 耗时任务结束后 调用回调函数 & 保存结果
            myResult.SetComplete(str);
        }
    }).Start();

    return myResult;
}

public string EndMyWebRequest(IAsyncResult asyncResult)
{
    MyWebRequestResult myResult = asyncResult as MyWebRequestResult;
    return myResult.Result;
}

新增一个按钮，进行调用：

private void MyAPM_Btn_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
    // 记录时间
    Debug.WriteLine("1-" + DateTime.Now.TimeOfDay.ToString() +
                    ",ThreadID = " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);

    // 调用 Begin 方法
    BeginMyWebRequest(new AsyncCallback(MyAPM_Callback));

    // 记录时间
    Debug.WriteLine("3-" + DateTime.Now.TimeOfDay.ToString() +
                    ",ThreadID = " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
}

private void MyAPM_Callback(IAsyncResult result)
{
    // 从这里可以获得 异步操作的结果
    var myResult = result as MyWebRequestResult;
    var msg = EndMyWebRequest(myResult);

    // 记录时间
    Debug.WriteLine("2-" + DateTime.Now.TimeOfDay.ToString() +
                    ",ThreadID = " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
}

运行效果如下：

日志输出如下：

1-14:48:42.7278184,ThreadID = 1

3-14:48:42.7311174,ThreadID = 1

2-14:48:45.1049069,ThreadID = 6

结合效果和日志，我们可以得出如下结论：

• 自定义的异步方法没有导致 UI 卡顿
• APM就是把耗时的任务交给新线程去做，然后利用委托进行回调

普通方法的异步

如果是普通方法，也可以通过 委托异步(BeginInvoke, EndInvoke)：

public void MyAction()
{
    var func = new Func<string, string>(t => {
        Thread.Sleep(2000);
        return t;
    });

    func.BeginInvoke("inputStr", t => {
        string result = func.EndInvoke(t);
    },null);
}

总结

1. APM 模型是基于IAsyncResult来实现异步操作的
2. 异步操作开始时，把委托传递给 IAsyncResult
3. 在新线程上执行耗时操作
4. 耗时操作结束后，修改 IAsyncResult 里的结果数据，并调用 IAsyncResult 里的委托回调
5. 在回调里获取 异步操作 的结果

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