.Net的异步机制(Invoke,BeginInvoke,EndInvoke) - step 2

上一篇文章(什么是.Net的异步机制(委托Delegate) - step 1)中,我已经解释了什么是异步编程,那么现在我们就开始具体的说怎样异步编程.

 

我们怎样进行异步编程/开发?

 

现在扩充下上篇文章的类(AsyncTest),提供更多的例子并从中做下简单的对比, 从新的认识下异步的内部机制,下面我们增加一个新的委托

1步,我们添加一个新方法(计算年薪YearlySalary)

public decimal YearlySalary(decimal salary, int monthCount, decimal bonus);

2步,为这个方法增加异步的功能,这样我们仍然使用委托(Delegate)

public delegate decimal SalaryEventHandler(decimal salary, int monthCount, decimal bonus);

 

经过简单修改后,下面是我们新的AsyncTest类

Code1

 1//我们使用委托来提供.Net的异步机制
 2public delegate string AsyncEventHandler(string name); // 对应Hello 方法
 3public delegate decimal SalaryEventHandler(decimal salary, int monthCount, decimal bonus); // 对应YearlySalary方法
 4public class AsyncTest
 5{
 6    public string Hello(string name)
 7    {
 8        return "Hello:" + name;
 9    }
10
11    /// <summary>
12    /// 计算一年的薪水
13    /// </summary>
14    /// <param name="salary">月薪</param>
15    /// <param name="monthCount">一年支付月数量</param>
16    /// <param name="bonus">奖金</param>
17    /// <returns></returns>
18    public decimal YearlySalary(decimal salary, int monthCount, decimal bonus)
19    {
20        //添加辅助方法,查看当前的线程ID
21        Console.WriteLine("Thread ID:#{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
22
23        return salary * monthCount + bonus;
24    }
25}

 

这里用.NET Reflector 5 来反编译,之所以用这个,因为比微软的会更加清晰明了.如果想了解这个工具的朋友可查看(http://reflector.red-gate.com/)

图1

开始我先对图1中的小图标进行个简单的解释

 = 类(Class)    = 类继承的基类  = sealed(委托)

 = 类的构造函数  = 方法  = virtual方法

 

下面我们先比较下SalaryEventHandler与 AsyncEventHandler委托的异同.

1)      SalaryEventHandler

public delegate decimal SalaryEventHandler(decimal salary, int monthCount, decimal bonus);

图2.1

编译器生成的类Code2.1(图2.1) 
Code 2.1

 1    public sealed class SalaryEventHandler : MulticastDelegate
 2    {
 3        public SalaryEventHandler(object @object, IntPtr method)
 4        {.}
 5        public virtual IAsyncResult BeginInvoke(decimal salary, int monthCount, decimal bonus,
 AsyncCallback callback, object @object)
 6        {}
 7        public virtual decimal EndInvoke(IAsyncResult result)
 8        {}
 9        public virtual decimal Invoke(decimal salary, int monthCount, decimal bonus)
10        {}
11    }

2)      AsyncEventHandler

public delegate string AsyncEventHandler(string name);

图2.2

编译器生成的类Code2.2(图2.2)

Code2.2

 1    public sealed class AsyncEventHandler : MulticastDelegate
 2    {
 3        public AsyncEventHandler(object @object, IntPtr method)
 4        {.}
 5        public virtual IAsyncResult BeginInvoke(string name, AsyncCallback callback, object @object)
 6        {}
 7        public virtual string EndInvoke(IAsyncResult result)
 8        {}
 9        public virtual string Invoke(string name)
10        {}
11    }

 

对比两个委托(事实上是一个sealed 的类),都继承于System.MuliticaseDelegate, 三个virtual的 Invoke / BeginInvoke / EndInvoke 方法.

//同步方法

Invoke : 参数的个数,类型, 返回值都不相同

 

 

//异步方法,作为一组来说明

BeginInvoke : 参数的个数和类型不同,返回值相同

EndInvoke : 参数相同,返回值不同

 

这里我们先介绍下 Invoke这个方法, 我们用SalaryEventHandler委托为例(直接调用Code 1 的类)

Code 3

 1class Program
 2{
 3    static void Main(string[] args)
 4    {
 5        //添加辅助方法,查看当前的线程ID
 6        Console.WriteLine("Main Thread ID:#{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
 7
 8        AsyncTest test = new AsyncTest();
 9        //[1],我们习惯的调用方式
10        decimal v1 = test.YearlySalary(100000, 15, 100000);
11        //使用委托调用
12        SalaryEventHandler salaryDelegate = test.YearlySalary;
13        //[2],编译器会自动的把[2]转变成[3]Invoke的调用方式,[2]和[3]是完全相同的
14        decimal v2 = salaryDelegate(100000, 15, 100000);
15        //[3]
16        decimal v3 = salaryDelegate.Invoke(100000, 15, 100000);
17
18        Console.WriteLine("V1:{0},V2:{1},V3:{2}", v1, v2, v3);
19        Console.ReadLine(); // 让黑屏等待,不会直接关闭..
20    }
21}

输出的结果

图3

从结果可以看出,他们是同一个线程调用的(都是#10).这就说明[1],[2],[3]是同步调用

[2],[3]对比[1], 只不过[2],[3]是通过委托的方式(其实我们可以说成“通过代理的方式完成”),[1]是直接的调用.举一个我们平常生活中例子:买机票，我们到代理点购买机票而不是直接跑到机场购买,就好像我们叫别人帮我们买机票一样,最后到手的机票是一样的, SalaryEventHandler就是我们的代理点.所以用”代理”的方式还是直接调用的方式,他们提供的参数和返回值必须是一样的.

 

接下来我们开始讲异步机制核心的两个方法BeginInvoke/EndInvoke,他们作为一个整体来完成Invoke方法的调用,不同于Inoke方法的是他们是异步执行(另外开一个线程执行)的,下面先解释下他们的作用

BeginInvoke : 开始一个异步的请求,调用线程池中一个线程来执行
EndInvoke : 完成异步的调用, 处理返回值 和 异常错误.

注意: BeginInvoke和EndInvoke必须成对调用.即使不需要返回值，但EndInvoke还是必须调用，否则可能会造成内存泄漏.

我们来对比下 SalaryEventHandler与 AsyncEventHandler委托反编译BeginInoke后的异同.

SalaryEventHandler 委托:

public virtual IAsyncResult BeginInvoke(decimal salary, int monthCount, decimal bonus,AsyncCallback callback, object @object)

AsyncEventHandler 委托:

public virtual IAsyncResult BeginInvoke(string name, AsyncCallback callback, object @object)

 

可以看出参数的个数和类型是不同的,我们把焦点放到他们的相同点上,

1,返回值是相同的: 返回IAsyncResult 对象(异步的核心). IAsyncResult是什么呢? 简单的说,他存储异步操作的状态信息的一个接口,也可以用他来结束当前异步.具体的可以看下 http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/system.iasyncresult(VS.80).aspx

 

2,编译器会根据委托的参数个数和类型生成相应的BeginInvoke方法,只有最后两个参数是永远相同的,他提供一个AsyncCallback 委托(public delegate void AsyncCallback(IAsyncResult ar);) 和一个 Object 对象.

 

我们再来看看EndInvoke的异同.

SalaryEventHandler 委托:

public virtual decimal EndInvoke(IAsyncResult result)

AsyncEventHandler 委托:

public virtual string EndInvoke(IAsyncResult result)

 

EndInvoke的参数是一样的, 唯一是在是返回值不同(他们会根据自己委托的返回值类型生成自己的类型)

 

好,下面我会通过例子来说明BeginInvoke/EndInvoke,还是使用SalaryEventHandler委托为例(直接调用Code 1 的类)

 

.Net Framework 提供了两种方式来使用异步方法

第一种: 通过IAsyncResult 对象

Code 4.1

 1class Program
 2{
 3    static IAsyncResult asyncResult;
 4
 5    static void Main(string[] args)
 6    {
 7
 8        AsyncTest test = new AsyncTest();
 9        SalaryEventHandler dele = test.YearlySalary;
10        //异步方法开始执行,返回IAsyncResult(存储异常操作的状态信息) 接口,同时EndInvoke 方法也需要他来作为参数来结束异步调用
11        asyncResult = dele.BeginInvoke(100000, 15, 100000, null, null);
12        //获取返回值
13        decimal val = GetResult();
14        Console.WriteLine(val);
15        Console.ReadLine(); // 让黑屏等待,不会直接关闭..
16    }
17
18    static decimal GetResult()
19    {
20        decimal val = 0;
21        //获取原始的委托对象:先是获取AsyncResult对象,再根据他的AsyncDelegate属性来调用当前的(那一个)委托对象
22        AsyncResult result = (AsyncResult)asyncResult;
23        SalaryEventHandler salDel = (SalaryEventHandler)result.AsyncDelegate;
24
25        //调用EndInvoke获取返回值
26        val = salDel.EndInvoke(asyncResult);
27
28        return val;
29    }
30}

第二种: 通过回调函数. 使用倒数第二个参数AsyncCallback 委托(public delegate voidAsyncCallback(IAsyncResult ar);) ,建议使用这种方法.

Code 4.2

 1class Program
 2{
 3    static void Main(string[] args)
 4    {
 5        AsyncTest test = new AsyncTest();
 6        SalaryEventHandler dele = test.YearlySalary;
 7
 8        //异步方法开始执行,使用BeginInvoke 倒数第二个参数(AsyncCallback委托对象) ,而不用返回值
 9        dele.BeginInvoke(100000, 15, 100000, GetResultCallBack, null);
10        //和上面相同的
11        //AsyncCallback callback = new AsyncCallback(GetResultCallBack);
12        //dele.BeginInvoke(100000, 15, 100000, callback, null);
13
14        Console.ReadLine(); // 让黑屏等待,不会直接关闭..
15    }
16
17    //必须遵循AsyncCallback 委托的定义:返回值为空,一个IAsyncResult对象参数
18    static void GetResultCallBack(IAsyncResult asyncResult)
19    {
20        decimal val = 0;
21        //获取原始的委托对象
22        AsyncResult result = (AsyncResult)asyncResult;
23        SalaryEventHandler salDel = (SalaryEventHandler)result.AsyncDelegate;
24
25        //调用EndInvoke获取返回值
26        val = salDel.EndInvoke(asyncResult);
27
28        Console.WriteLine(val);
29    }
30}

 

BeginInvoke最后一个参数是做什么的呢?我把Code 4.2 方法修改下.

Code 4.3

 1class Program
 2{
 3    static void Main(string[] args)
 4    {
 5        AsyncTest test = new AsyncTest();
 6        SalaryEventHandler dele = test.YearlySalary;
 7
 8        //异步方法开始执行,看最后一个参数(Object对象) [Note1:],这里我们传递2000(int)
 9        dele.BeginInvoke(100000, 15, 100000, GetResultCallBack, 2000);
10
11        Console.ReadLine(); // 让黑屏等待,不会直接关闭..
12    }
13
14    static void GetResultCallBack(IAsyncResult asyncResult)
15    {
16        //[Note1:],他的作用就是来 "传递额外的参数",因为他本身是Object对象,我们可以传递任何对象
17        int para = (int)asyncResult.AsyncState;
18        Console.WriteLine(para);//输出:2000
19    }
20}

 

异步的异常处理

接下来再讲讲EndInvoke,获取最后的返回值之外,他的一个重要的应用在”引发异常来从异步操作返回异常”

Code 5

 1class Program
 2{
 3    static void Main(string[] args)
 4    {
 5        AsyncTest test = new AsyncTest();
 6        SalaryEventHandler dele = test.YearlySalary;
 7
 8        dele.BeginInvoke(100000, 15, 100000, GetResultCallBack, null);
 9        Console.ReadLine(); // 让黑屏等待,不会直接关闭..
10    }
11
12    static void GetResultCallBack(IAsyncResult asyncResult)
13    {
14        decimal val = 0;
15        //获取原始的委托对象
16        AsyncResult result = (AsyncResult)asyncResult;
17        SalaryEventHandler salDel = (SalaryEventHandler)result.AsyncDelegate;
18        try
19        {
20            //如果EndInvoke发生异常,会在EndInvoke得到原始的异常.
21            val = salDel.EndInvoke(asyncResult);
22            Console.WriteLine(val);
23        }
24        catch (Exception ex)
25        {
26            Console.WriteLine(ex.Message);
27        }
28    }
29}
30public delegate decimal SalaryEventHandler(decimal salary, int monthCount, decimal bonus); // 对应YearlySalary方法
31public class AsyncTest
32{
33    public decimal YearlySalary(decimal salary, int monthCount, decimal bonus)
34    {
35        throw new Exception("error"); //引发异常
36        return salary * monthCount + bonus;
37    }
38}

 

我们主动在YearlySalary方法中引发异常,BeginInvoke开始异步调用的时候捕获到了这个异常,.Net Framework会在EndInvoke得到原始的异常.

 

说到这里,大家是否可以简单的应用委托来开始自己的异步操作呢? 下面看看我是怎样为我自己的类添加异步的.

第1步, 类的定义,需要遵循.Net Framework 的规则

1)同步和异步是同时并存的

2)从最上面的两个委托SalaryEventHandler与 AsyncEventHandler生成的BeginInvoke / EndInvoke 对比中看出,我们也来定义我们自己的异步方法,我们遵循微软设计师异步方法设计的规则,Begin+同步方法名 / End+同步方法名

BeginXXX 必须返回IAsyncResult对象,后两位参数必须为AsyncCallback callback, object state,前面的参数和同步方法的参数一样

EndXXX 参数必须为IAsyncResult对象,返回值为同步方法的返回值

 

Code 6.1

 1public class AsyncTest
 2{
 3    private delegate string AsyncEventHandler(string name);
 4    private AsyncEventHandler _Async;
 5    public string Hello(string name)
 6    {
 7        return "Hello:" + name;
 8    }
 9
10    //按照.Net Framework的规则 ,编写我们自己的BeginInvoke方法
11    public virtual IAsyncResult BeginHello(string name, AsyncCallback callback, object state)
12    {
13        AsyncEventHandler del = Hello;
14
15        this._Async = del;
16
17        return del.BeginInvoke(name, callback, state);
18    }
19    //编写我们自己的EndInvoke方法
20    public virtual string EndHello(IAsyncResult asyncResult)
21    {
22        if (asyncResult == null)
23            throw new ArgumentNullException("asyncResult");
24        if (this._Async == null)
25            throw new ArgumentException("_Async");
26
27        string val = string.Empty;
28        try
29        {
30            val = this._Async.EndInvoke(asyncResult);
31        }
32        finally
33        {
34            this._Async = null;
35        }
36        return val;
37    }
38}

 

第2步: 调用我们编写的类

Code 6.2

 1class Program
 2{
 3    static void Main(string[] args)
 4    {
 5        AsyncTest test = new AsyncTest();
 6        //使用回调函数,就是上面提到的"第二种"
 7        AsyncCallback callback = new AsyncCallback(OnHelloCallback);
 8        test.BeginHello("Andy Huang", callback, test);
 9        //和上面一样
10        //IAsyncResult result = test.BeginHello("Andy Huang", OnHelloCallback, test);
11
12        Console.ReadLine(); // 让黑屏等待,不会直接关闭..
13    }
14
15    static void OnHelloCallback(IAsyncResult asyncResult)
16    {
17        //获取额外的参数
18        AsyncTest obj = (AsyncTest)asyncResult.AsyncState;
19        string val = obj.EndHello(asyncResult);
20        Console.WriteLine(val);
21    }
22}

 

附:Hello的方法的异步重构在下面的代码中可以下载到.

 

下一篇中我们会说说异步中的一些高级应用,异步的核心,还有微软.Net Framework 为我们提供的各种类中(具有异步方法的类),我们是怎么使用这些方法的.最后要提醒下大家:滥用异步,会影响性能,而且增加编程难度