C#多线程实现方法——异步委托/调用

C#异步调用（Asynchronou Delegate）

C#异步调用获取结果方法：主要有三种，也可以说是四种（官方说四种，电子书说三种），官方在MSDN上已经有详细的说明： 链接

需要了解到获取异步执行的返回值，意味着你需要调用Delegate的BeginInvoke方法，而不是Invoke方法。

第一种就是书上没有说的，但是官方还是给出来的，就是通过调用EndInvoke方法来获取内容，查看如下代码：

    class MyState
    {
        public int ThreadId = 0;
        public int Data = 0;

        public MyState()
        { 
            
        }
    }
    class AsyncInvoke
    {
        private MyState State = null;
        
        public AsyncInvoke()
        {
            State = new MyState();
        }

        private int TakesAWhile(int data, int ms)
        {
            Console.WriteLine("TakesAWhile started");
            Thread.Sleep(ms);
            Console.WriteLine("TakesAWhile completed");
            return ++data;
        }

        public delegate int TakesAWhileDelegate(int data, int ms);

        public void RunEndInvoke()
        {
            TakesAWhileDelegate dl = new TakesAWhileDelegate(TakesAWhile);
            IAsyncResult ar = dl.BeginInvoke(5, 3000, null, null);
            int result = 0;
            result = dl.EndInvoke(ar);
            Console.WriteLine(string.Format("Result: {0}", result));
        }
    } 

输出结果为：

TakesAWhile started
TakesAWhile completed
Result: 6

通过上面可以知道使用EndInvoke阻塞了主线程（RunEndInvoke函数），同时需要使用BeginInvoke的返回值ar作为EndInvoke的入参。

第二种方法Polling（轮询）BeginInvoke的返回值(IAsyncResult中的属性IsCompleted)，将RunEndInvoke替换成下面的函数RunPolling：

        public void RunPolling()
        {
            TakesAWhileDelegate dl = new TakesAWhileDelegate(TakesAWhile);
            IAsyncResult ar = dl.BeginInvoke(5, 3000, null, null);

            while (ar.IsCompleted == false)
            {
                Thread.Sleep(500);
            }
            int result = 0;
            result = dl.EndInvoke(ar);
            Console.WriteLine(string.Format("Result: {0}", result));
        }

结果同上，其实看到这里你也发现第二种跟第一种没有很大区别，所以书上没有阐明第一种方法，其实如果只是为了获取结果，用第一种方法就足够了。其实这两个例子没有很好的体现BeginInvoke的异步的优势，好像跟使用Invoke方法没有很大区别，都是事先了阻塞主线程，如下所示：

        public void RunInvoke()
        {
            TakesAWhileDelegate dl = new TakesAWhileDelegate(TakesAWhile);
            int result = dl.Invoke(5, 3000);
            Console.WriteLine(string.Format("Result: {0}", result));
        }

其实这就涉及的Invoke以及BeginInvoke的区别了，因为调用Invoke，会阻塞主线程，等待异步执行的完成（其实也没有什么异步的说法了）。不过调用BeginInvoke则回立即返回，但是异步执行的结果或者返回值如何获得， 就是这部分阐述的目的：获取异步执行的返回值或结果，所以你可以将上述的RunBeginInvoke替换成如下的：

        public void RunEndInvoke()
        {
            TakesAWhileDelegate dl = new TakesAWhileDelegate(TakesAWhile);
            IAsyncResult ar = dl.BeginInvoke(5, 3000, null, null);
            // Do others in main thread.
            Console.WriteLine("Do others in main thread...");
            //
            int result = 0;
            result = dl.EndInvoke(ar);
            Console.WriteLine(string.Format("Result: {0}", result));
        }

这样输出结果如下所示：

Do others in main thread...
TakesAWhile started
TakesAWhile completed
Result: 6

这样你可以放别的工作在BeginInvoke的之后，在主线程执行，等到执行了，可以使用阻塞主线程来等待异步执行的结果来进行下一步的需要，这样情况能够部分提高工作效率，通常用于执行相互独立的模块，然后再等待两边结果（主线程以及异步线程的结果）来进行下一步的操作。

好了，讲第三种的方法来获取异步结果了，就是Wait Handle。 handle是通过BeginInvoke的返回值（ar）中的一个属性AsyncWaitHandle来获得的。一开始AsyncWaitHandle是没有初始化的，但是只要引用该属性，操作系统实现它，同时调用其waitone函数去等待异步执行完的信号。如果使用没有带参的waitone函数，则无限期阻塞主线程来等待异步执行，一旦执行完，则返回， 如下代码所示：

        public void RunWaitHandle()
        {
            TakesAWhileDelegate dl = new TakesAWhileDelegate(TakesAWhile);
            IAsyncResult ar = dl.BeginInvoke(5, 3000, null, null);
            ar.AsyncWaitHandle.WaitOne();
            Console.WriteLine("Wait for 3 seconds.");
            int result = 0;
            result = dl.EndInvoke(ar);
            ar.AsyncWaitHandle.Close();
            Console.WriteLine(string.Format("Result: {0}", result));
        }

输出结果基本同上，就多了一行“Wait for 3 seconds."来识别是否等待了3秒钟，因为后面还有EndInvoke方法。

如果使用带参的，如waitone（1000， false）来判断当前返回值是true则意味着等待1秒，第二参数来判断是否退出同步。

从上面三种方法来看，的确是挺好的，但是每次都需要主线程去等待，大哥不好当，所以就有了第四种方法，就是使用BegingInvoke的第三个参数，该函数是在BeginInvoke调用的函数执行完后自动执行，不然也不叫做callback。
第四个参数通常将异步函数的delegate传递过去，这样在callback函数中就可以方便的获取到异步函数的执行结果或者返回值。

        public void AsyncCompleted(IAsyncResult ar)
        {
            if (ar != null)
            {
				Console.WriteLine("After the async operation.");
                TakesAWhileDelegate dl = ar.AsyncState as TakesAWhileDelegate;
                int result = 0;
                result = dl.EndInvoke(ar);
                Console.WriteLine(string.Format("Result: {0}", result));
            }
        }

        public void RunAsyncCallback()
        {
            TakesAWhileDelegate dl = new TakesAWhileDelegate(TakesAWhile);
            IAsyncResult ar = dl.BeginInvoke(5, 3000, AsyncCompleted, dl);
            Console.WriteLine("Finish RunAsyncCallback.");
        }

输出结果：
Finish RunAsyncCallback.
Press any key to continue...
TakesAWhile started
TakesAWhile completed
After the async operation.
Result: 6

现在Lambda很流行，虽然还是不是很懂，但是也赶下潮流，可以将上述的callback方法改写成lambda形式，同时可以不用指定关于BeginInvoke的第四个参数，同时可以在作用域中访问异步delegate（dl）。代码如下所示：

        public void RunAsyncCallback2()
        {
            TakesAWhileDelegate dl = new TakesAWhileDelegate(TakesAWhile);
            dl.BeginInvoke(5, 3000, ar => {
                Console.Write("After async operation.");
                int result = 0;
                result = dl.EndInvoke(ar);
                Console.WriteLine(string.Format("Result: {0}", result));
            }, null);
            Console.WriteLine("Finish RunAsyncCallback.");
        }

格式的确挺简单的，下次再开个专栏讲lambda吧。

至此，四种获取异步结果或者返回值的方法也说完了，现在补充一下别的知识，就是关于返回值的问题。
我们知道EndInvoke的调用或者Invoke的调用（这里抛开了异步的概念了）都只能返回一个值（真是废话！）。如果我们想在异步执行中修改多个值，可以选择的方法有： 使用一个结构体或者类（简言之就是一个复杂对象），将想要在异步程序中修改对象整合在一起，就如下面的代码所示：

        private MyState TakesAWhile(int data)
        {
            Console.WriteLine("TakesAWhile started");
            Thread.Sleep(3000);
            Console.WriteLine("TakesAWhile completed");
            return new MyState(){Data=++data, ThreadId=Thread.CurrentThread.ManagedThreadId};
        }

        private delegate MyState TaskAWhileDelegate2(int data);

        public void RunEndInvokeWithStructReturn()
        {
            TaskAWhileDelegate2 dl = new TaskAWhileDelegate2(TakesAWhile);
            IAsyncResult ar = dl.BeginInvoke(5, null, null);
            MyState state = null;
            state = dl.EndInvoke(ar);
         
            Console.WriteLine(string.Format("Data: {0}, ThreadId: {1}", state.Data, state.ThreadId));
        }

输出结果为：
TakesAWhile started
TakesAWhile completed
Data: 6, ThreadId: 6

使用复杂结构体或者类能够实现多种参数的修改，一来节省输入参数，二来想怎么整合参数就怎么整合。
其实另一种实用的方法（个人认为，也是从C++一路走来，巴拉巴拉。。。），使用c#中的ref来代替指针的，指向已经分配好的复杂对象也是一个很好的方法，如下代码实现同上的功能：

        private void TakesAWhile(int data, int ms, ref MyState state)
        {
            Console.WriteLine("TakesAWhile started");
            Thread.Sleep(ms);
            Console.WriteLine("TakesAWhile completed");
            state.Data = ++data;
            state.ThreadId = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;
        }

        private delegate void TakesAWhileDelegate3(int data, int ms, ref MyState state);
       
        public void RunEndInvokeWithRefStruct()
        {
            TakesAWhileDelegate3 dl = new TakesAWhileDelegate3(TakesAWhile);
            IAsyncResult ar = dl.BeginInvoke(5, 3000, ref State, null, null);
            dl.EndInvoke(ref State, ar); // this State could be any other reference to MyState
            Console.WriteLine(string.Format("Data: {0}, ThreadId: {1}", State.Data, State.ThreadId));
        }

其中EndInvke调用中需要多给一个参数，如果这个参数是成员变量，给或者不给都不会影响到后面一句的打印情况，也就是state已经在异步函数中修改了，即使没有明显修改都没有问题。如果使用out作为输出参数，EndInvoke也需要额外的指定该参数，具体的实现就不给代码，因为实现没有什么好给的，而且本人不太好out这个传递，ref本命的人，希望能再别的地方寻找到使用out的有意义的用法，扯远了。

到此为止，四种方法都讲完了，异步函数的输入参数以及传递参数的方法以及技巧也讲述了，总结一下：
获取异步函数的结果或者返回值的方法有：
1. EndInvoke调用，阻塞主线程
2. Polling IAsyncResult中IsCompleted属性， 阻塞主线程，没有什么实际作用，浪费系统资源
3. Wait Handle响应，使用IAsyncResult中的AsyncWaitHandle属性去调用handle的waitone函数，阻塞主线程，使用重载带参函数实现是否等待同步或者直接跳出
4. 使用callback函数，并使其作为Begininvoke的第三个参数，使用异步delegate作为第四个参数，以使callback能够获取异步delegate的返回值。

使用心得：
如果需要跑两个相互独立的模块，或者主线程需要异步执行的结果或者返回值，可以使用前面三种方法；如果后续操作不太依赖于异步执行后的结果，可以使用callback，既能做到获取处理结果，又不会影响主线程。

PS：

上面讲述的主要是Thread或者task的异步调用BeginInvoke的结果获取方法，但是如果该异步函数中涉及到输出参数，就如刚才说的复杂对象中的成员是controller的话，就又有一章来讲了，对于UI以及后台线程的交互这是一个重要点，如果你不想你的UI经常假死的话，请收看下一回：Controller中BeginInvoke与Invoke的区别以及应用。

AD的优势是异步函数的强类型保证，参数的输入都是规定好的（delegate声明），如果需要传递参数可以在函数中使用ref关键字（只针对引用类型，值类型无效果）。由于异步调用时使用task底层实现的，所以他具有了task的优势，方便使用，但是也有其缺点，不能够想thread那样提供丰富的对线程设置（后台，优先级，不能中断）。