Silverlight 4中五种多线程编程技巧
【IT168 专稿】Silverlight是微软重要的RIA工具，可以广泛应用于网络应用开发领域和桌面领域。事实上，自Silverlight for Windows Phone 7登台以来，Silverlight已经吸引了越来越多的开发者。与其直接的竞争对手Flash一样，Silverlight自第一个版本问世以来，已为多线程计算提供广泛而丰富的支持。整体而言，在Silverlight中引入多线程的根本动机主要是为了解决用户体验中的响应速度，进而减少单线程带来的阻塞问题。
在本系列文章中，我想尽可能详细地总结Silverlight 4对于多线程编程技术的支持。其中提供的相关示例代码供读者朋友参考，并欢迎到我的博客(http://space.itpub.net/14466241/)处一起作更深入的探讨。
1.使用Thread类
Thread类是在Silverlight中你首先应该了解的多线程编程工具。在Thread类中定义了许多成员。因为这个类也是C#编程的第一个必须;所以，在此我们不一一列举，而仅用一个具体的例子，说明这个类的基本用法。
清单1:
{
string result = "";
public ThreadTestPage()
{
InitializeComponent();
ThreadTestMethod();
}
private void ThreadTestMethod()
{
System.Threading.Thread thread = new System.Threading.Thread(DoWork);
thread.Name = " ThreadDemo ";
thread.IsBackground = true;
thread.Start( 1000);
result += thread.IsAlive + " \r\n ";
result += thread.ManagedThreadId + " \r\n ";
result += thread.Name + " \r\n ";
result += thread.ThreadState + " \r\n ";
if (thread.Join( 5000))
{
result += " The specified thread has terminated within 5 seconds.\r\n ";
}
}
void DoWork( object sleepMillisecond)
{
System.Threading.Thread.Sleep(( int)sleepMillisecond);
result += " The thread terminated!\r\n ";
}
正如上面你所看到的，要使用Thread类，要几点需要注意:
第一，我们应该首先创建一个新的Thread对象。在上面的例子中，我们提供一个委托来指向要异步调用的方法。在这种情况下，DoWork是由一个后台线程(这里的委托类型省略)执行的方法。注意，ThreadStart委托不能带参数，而ParameterizedThreadStart委托可以带参数。后面的例子将展示相关的使用。
第二，IsBackground属性指示这是否是一个后台线程(注意，在Silverlight中并没有区分是否是一个后台线程)。接下来，Start方法用于启动线程，传递一个整数来指定睡眠时间(毫秒)。请注意，Start方法立即返回，并且相关的代码开始在新线程上异步执行。事实上，我们甚至可以将任何对象传递给Start的方法。
有关Start方法，请参考以下定义：
清单2:
Object parameter
);
public void Start(
Object parameter
);
还要注意的是，另外一个方法Join是用来阻止调用者线程(在上面的情况下，即指主线程)，直到指定的线程(在上面的情况下，即指线程thread)已完成。如果指定的线程完成，则继续执行后面的语句;如果指定的线程运行比指定的时间长，还要继续进行。返回值的意义在于指定，在指定的时间内，是否完成指定的线程执行。
现在，让我们来思考下面的十分有趣的事情：
清单3:
{
button1.Content = " Hello world! ";
//省略其他内容……
}
执行上面的代码将会失败—系统将会抛出一个运行时刻UnauthorizedAccessException警告“无效的跨线程访问”。这表明，系统不允许线程访问Silverlight对象。这其实提出了一个多线程环境下的典型问题。为了解决这个问题，通常建议借助于使用System.Windows.Threading.Dispatcher对象。下一节正要探讨这个对象。
2.使用System.Windows.Threading.Dispatcher
在正式讨论System.Windows.Threading.Dispatcher对象之前，让我们先看看如何解决上述问题。
清单4:
{
Dispatcher.BeginInvoke((ThreadStart) delegate()
{
button1.Content = " Hello world! ";
});
//省略其他内容……
}
再次运行上面的代码，你会发现Button控件的Content属性值已修改成功。要获得一个更加模块化的设计风格，也可以如下表达相同的功能：
清单5:
{
Dispatcher.BeginInvoke(ChangeIt);
//省略其他内容……
}
private void ChangeIt()
{
button1.Content = " Hello world! ";
}
正如你在其他许多的框架中所看到的，Silverlight线程也分为两类：用户界面线程和工作者线程。Silverlight的UI线程是与用户进行交互的线程。在UI线程中，专门设计了一些用户界面控件类和视图模型(ViewModel)类用于实现数据绑定。根据Silverlight设计框架的规定，后台工作线程不能直接访问UI线程的数据对象和控件中的属性。但是，你也没有必要为此过于担心。Silverlight中的线程模型中已经提供了一个安全的基于事件的调度器(dispatcher)模型，它类似于Java Swing中的EDT(事件调度线程)。借助于这种事件调度器机制，我们也可以轻松完成UI线程和后台工作线程之间的数据交互。
我们知道，所有Silverlight控件都继承于DependencyObject这个基类。值得注意是，DependencyObject类不仅为Silverlight提供了基本的依赖性服务，也开启了一条UI线程和后台工作线程之间的数据交互的通道。DependencyObject具有一个非常重要的属性-Dispatcher。因此，后台线程可以调用发射器(主要是UI控件)的Dispatcher对象来实现上述数据交互之目的。下面举例说明一个使用这种机制的典型的操作模式：
清单6:
{
//我们可以在此访问UI线程中的对象，因为代理本身是在UI线程的上下文中执行的
}
上述()=>是一个lambda表达式，这是一种没有传入参数的委托方法的缩写形式。如果有传入的参数的话，我们可以将其在括号中指定。
3.使用Deployment.Current.Dispatcher
截至目前，上面提供的示例都是在UI控件已经启动的前提下进行的。正如我们所知道的，一般情况下Application.Current.RootVisual.Dispatcher属性引入的目的主要用于检索一个应用程序的System.Windows.Threading.Dispatcher。但是，如果在RootVisual创建之前这种操作是不会得到支持的。为了在创建RootVisual之前获得应用程序的一个调度器Dispatcher，我们可以借助于System.Windows.Deployment.Current.Dispatcher对象。
还有另外一个情况是，在.dll程序集情况下，我们也可以通过使用Deployment.Current.Dispatcher来获得应用程序的调度器Dispatcher的一个引用。例如，要改变一个UI线程中的Silverlight控件的Text属性值，你可以使用下面的代码：
清单7:
{
new Thread(() =>
{
Deployment.Current.Dispatcher.BeginInvoke(() =>
{
this.TextBlock1.Text = DateTime.Now.ToString();
});
}).Start();
}
顺便说一句，网址http://blogs.infragistics.com/blogs/mihail_mateev/archive/2010/04/18/build-facebook-applications-with-silverlight-3-and-silverlight-4-part-4.aspx处提供了一个很好的例子，供大家参考之用。
4.使用SynchronizationContext
相比于以前的对象，SynchronizationContext似乎有点神秘。根据MSDN的介绍，SynchronizationContext对象能够提供各种同步模型环境下的传播同步的上下文的基本功能。据我从网上搜索的结果，结论应该是：对SynchronizationContext的发明旨在简化同步—只要你确保你是在UI线程内;否则，它会返回一个空值。因此，在大多数情况下，你可以使用Deployment.Current.Dispatcher来作为System.Windows.Deployment.Current.Dispatcher的替代。至于使用SynchronizationContext，并不是一件困难的事情。例如，你也可以如下所示来同步实现与上述类似的操作。
清单8:
{
var context = SynchronizationContext.Current;
new Thread(() =>
{
context.Send((s) =>
{
this.TextBlock1.Text = DateTime.Now.ToString();
}, null);
}).Start();
}
注意，丹尼尔.沃恩(http://www.codeproject.com/Articles/51457/Synchronous-Invocation-of-Delegates-with-the-Silve.aspx)为SynchronizationContext提供了一个良好的封装类;有基础的读者可以对这个SynchronizationContext对象进行更深入的探讨。
5.使用线程池
在所有的多线程解决方案中，ThreadPool应该是你最常用的技术。使用线程池的好处是明显的：1，它是易于控制的，而且功能也很强大，有助于降低多线程编程的整体代价;2，在线程池中一个线程不会由于任务的结束而灭绝，而是将继续执行其他任务，从而可以大大减少线程创建和销毁的开销。线程池提供了一个重要方法—QueueUserWorkItem。借助于此方法，能够把任何任务推入一个后台线程中，然后在后台队列中执行相应的功能。同时，它的创建也相当简单。
事实上，你会发现在执行相同任务的情况下，与上述方法并不存在太大的差别。
清单9:
{
ThreadPool.QueueUserWorkItem((s) =>
{
this.Dispatcher.BeginInvoke(() =>
{
int minWorkerThreads, minCompletionPortThreads, maxWorkerThreads, maxCompletionPortThreads;
ThreadPool.GetMinThreads(out minWorkerThreads, out minCompletionPortThreads);
ThreadPool.GetMaxThreads(out maxWorkerThreads, out maxCompletionPortThreads);
this.TextBox1.Text = String.Format( " WorkerThreads = {0} ~ {1}, CompletionPortThreads = {2} ~ {3} ",
minWorkerThreads, maxWorkerThreads, minCompletionPortThreads, maxCompletionPortThreads);
});
});
}
下面，让我们更仔细地探讨一下线程池的使用。在下面的代码中，我们要创建两个示例：一是仍然涉及到方法QueueUserWorkItem，另一个涉及到方法RegisterWaitForSingleObject。
首先，让我们把两个TextBlock控件放在ThreadPoolTestPage.xaml示例页面上。如下所示：
清单10:
<TextBlock x:Name= " txtMsgQueueUserWorkItem " Text= " Click here to start thread 1 "
MouseLeftButtonDown= " txtMsgQueueUserWorkItem_MouseLeftButtonDown " Margin= " 30 " />
<TextBlock x:Name= " txtRegisterWaitForSingleObject " Text= " Click here to start thread 2 "
MouseLeftButtonDown= " txtRegisterWaitForSingleObject_MouseLeftButtonDown " Margin= " 30 " />
</StackPanel>
当点击上述任意两个标签之一，相应的程序过程将被启动。下面，让我们继续跟踪观察在后台代码中发生的情况：
清单11:
using System.Threading;
namespace SilverlightMultiThread
{
public partial class ThreadPoolTestPage : Page
{
{
InitializeComponent();
}
private void txtMsgQueueUserWorkItem_MouseLeftButtonDown( object sender, MouseButtonEventArgs e)
{
System.Threading.ThreadPool.QueueUserWorkItem(DoWork, DateTime.Now);
}
private void DoWork( object state)
{
DateTime dtJoin = (DateTime)state;
DateTime dtStart = DateTime.Now;
System.Threading.Thread.Sleep( 3000);
DateTime dtEnd = DateTime.Now;
this.Dispatcher.BeginInvoke(() =>
{
txtMsgQueueUserWorkItem.Text += string.Format( " \r\nInto-quene time: {0}start time: {1}end time: {2} ",
dtJoin.ToString(), dtStart.ToString(), dtEnd.ToString());
});
}
private void txtRegisterWaitForSingleObject_MouseLeftButtonDown( object sender, MouseButtonEventArgs e)
{
System.Threading.AutoResetEvent done = new System.Threading.AutoResetEvent( false);
RegisteredWaitHandlePacket packet = new RegisteredWaitHandlePacket();
packet.Handle = System.Threading.ThreadPool.RegisterWaitForSingleObject
(
done,
WaitOrTimer,
packet,
100,
false
);
done.Set(); //发送一个信息来调用由RegisterWaitForSingleObject指定的方法
}
public void WaitOrTimer( object state, bool timedOut)
{
RegisteredWaitHandlePacket packet = state as RegisteredWaitHandlePacket;
// bool timedOut –指示是否由于超时而执行到此
if (!timedOut)
{
//如果没有由于超时而执行到此，则取消指定的RegisteredWaitHandle
packet.Handle.Unregister( null);
}
this.Dispatcher.BeginInvoke(() =>
{
txtRegisterWaitForSingleObject.Text +=
String.Format( " \r\n是否收到信号: {0} ", (!timedOut).ToString());
});
}
}
///用于封装RegisteredWaitHandle类
public class RegisteredWaitHandlePacket
{
public System.Threading.RegisteredWaitHandle Handle { get; set; }
}
}
对于第一种方法QueueUserWorkItem，我们只要注意两点。首先是参数的定义：
列表12：QueueUserWorkItem方法存在两个重载
QueueUserWorkItem(WaitCallback, Object);
在这里，第一个参数用于指定要执行的方法，而第二个参数作为参数传递进方法中。
其次，仅当在线程池中的线程变为可用时才执行上面的方法。如你所想象的，作为线程管理策略的一部分，在线程池创建线程之前总会存在一定程度的延迟。这就是为什么我们调用Thread.Sleep方法的原因。
对于第二种方法RegisterWaitForSingleObject，倒有一些复杂。首先，我们创建了一个AutoResetEvent的实例，传递进一个false参数。然后，我们引进一个辅助类RegisteredWaitHandlePacket来封装另一个RegisteredWaitHandle类。注意，RegisterWaitForSingleObject方法中可以使用多个参数。不过，我们不会再过细地介绍，因为MSDN(http://msdn.microsoft.com/en-us/library/system.threading.threadpool.aspx)已作出更详细的解释。此外，你也会注意到我们对第二种方法采用了延迟策略。
最后值得注意的是，虽然ThreadPool还提供了两个方法SetMinThreads和SetMaxThreads，但是，在Silverlight中是不可用的，调用它们将会引发异常。有兴趣的读者可以自行试验。
6.小结
在本文中，我们介绍了Silverlight 4编程环境下的五种多线程编程。