如何實現(xiàn)C#異步的APM模式異步程序開發(fā)
如何實現(xiàn)C#異步的APM模式異步程序開發(fā)？針對這個問題，這篇文章詳細介紹了相對應(yīng)的分析和解答，希望可以幫助更多想解決這個問題的小伙伴找到更簡單易行的方法。
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C#已有10多年歷史，單從微軟2年一版的更新進度來看活力異常旺盛，C#中的異步編程也經(jīng)歷了多個版本的演化，從今天起著手寫一個系列博文，記錄一下C#中的異步編程的發(fā)展歷程。
我是2004年接觸并使用C#的，那時C#版本為1.1，所以我們就從就那個時候談起。那時在大學(xué)里自己看書寫程序，所寫的程序大都是同步程序，最多啟動個線程........其實在C#1.1的時代已有完整的異步編程解決方案，那就是APM（異步編程模型）。如果還有不了解“同步程序、異步程序”的請自行百度哦。
APM異步編程模型最具代表性的特點是：一個異步功能由以Begin開頭、End開頭的兩個方法組成。Begin開頭的方法表示啟動異步功能的執(zhí)行，End開頭的方法表示等待異步功能執(zhí)行結(jié)束并返回執(zhí)行結(jié)果。下面是一個模擬的實現(xiàn)方式（后面將編寫標準的APM模型異步實現(xiàn)）：
public class Worker
{
public int A { get; set; }
public int B { get; set; }
private int R { get; set; }
ManualResetEvent et;
public void BeginWork(Action action)
{
et = new ManualResetEvent(false);
new Thread(() =>
{
R = A + B;
Thread.Sleep(1000);
et.Set();
if(null != action)
{
action();
}
}).Start();
} public int EndWork()
{ if(null == et)
{ t
hrow new Exception("調(diào)用EndWork前，需要先調(diào)用BeginWork");
}
else
{
et.WaitOne();
return R;
}
}
} static void Main(string[] args)
{
Worker w = new Worker();
w.BeginWork(()=> {
Console.WriteLine("Thread Id:{0},Count:{1}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId,
w.EndWork());
});
Console.WriteLine("Thread Id:{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Console.ReadLine();
}在上面的模擬APM模型中我們使用了 Thread、ManualResetEvent，如果你對多線程和ManualResetEvent不熟悉C#中使用異步編程不可避免的會涉及到多線程的知識，雖然微軟在Framework中做了很多封裝，但朋友們應(yīng)該掌握其本質(zhì)。
上面模擬的APM異步模型之所以簡單，是因為C#發(fā)展過程中引入了很多優(yōu)秀的語法規(guī)則。上例我們較多的使用了Lambda表達式，如果你不熟悉 匿名委托與lambda表達式可看我之前的Bolg《匿名委托與Lambda表達式》。上面做了如此多的廣告，下面我們來看一下標準的APM模型如何實現(xiàn)異步編程。
IAsyncResult接口
IAsyncResult接口定義了異步功能的狀態(tài)，該接口具體屬性及含義如下：
// 表示異步操作的狀態(tài)。
[ComVisible(true)] public interface IAsyncResult
{ //
// 摘要: // 獲取一個值，該值指示異步操作是否已完成。 //
// 返回結(jié)果: // 如果操作已完成，則為 true；否則為 false。
bool IsCompleted { get; } //
// 摘要: // 獲取用于等待異步操作完成的 System.Threading.WaitHandle。 //
// 返回結(jié)果: // 用于等待異步操作完成的 System.Threading.WaitHandle。
WaitHandle AsyncWaitHandle { get; } //
// 摘要: // 獲取一個用戶定義的對象，該對象限定或包含有關(guān)異步操作的信息。 //
// 返回結(jié)果: // 一個用戶定義的對象，限定或包含有關(guān)異步操作的信息。
object AsyncState { get; } //
// 摘要: // 獲取一個值，該值指示異步操作是否同步完成。 //
// 返回結(jié)果: // 如果異步操作同步完成，則為 true；否則為 false。
bool CompletedSynchronously { get; }
}注意：模型示例1中的 ManualResetEvent 繼承自 WaitHandle
APM傳說實現(xiàn)方式
在了解了IAsyncResult接口后，我們來通過實現(xiàn) IAsyncResult 接口的方式完成對模擬示例的改寫工作，代碼如下：
public class NewWorker
{ public class WorkerAsyncResult : IAsyncResult
{
AsyncCallback callback;
public WorkerAsyncResult(int a,int b, AsyncCallback callback, object asyncState) {
A = a;
B = b;
state = asyncState;
this.callback = callback;
new Thread(Count).Start(this);
}
public int A { get; set; }
public int B { get; set; }
public int R { get; private set; }
private object state;
public object AsyncState
{
get
{
return state;
}
}
private ManualResetEvent waitHandle;
public WaitHandle AsyncWaitHandle
{
get
{
if (null == waitHandle)
{
waitHandle = new ManualResetEvent(false);
}
return waitHandle;
}
} private bool completedSynchronously;
public bool CompletedSynchronously
{ get
{
return completedSynchronously;
}
}
private bool isCompleted;
public bool IsCompleted
{
get
{
return isCompleted;
}
}
private static void Count(object state)
{
var result = state as WorkerAsyncResult;
result.R = result.A + result.B;
Thread.Sleep(1000);
result.completedSynchronously = false;
result.isCompleted = true;
((ManualResetEvent)result.AsyncWaitHandle).Set();
if (result.callback != null)
{
result.callback(result);
}
}
}
public int Num1 { get; set; }
public int Num2 { get; set; }
public IAsyncResult BeginWork(AsyncCallback userCallback, object asyncState)
{
IAsyncResult result = new WorkerAsyncResult(Num1,Num2,userCallback, asyncState);
return result;
} public int EndWork(IAsyncResult result)
{
WorkerAsyncResult r = result as WorkerAsyncResult;
r.AsyncWaitHandle.WaitOne(); return r.R;
}
}示例代碼分析：
上面代碼中NewWorker的內(nèi)部類 WorkerAsyncResult 是關(guān)鍵點，它實現(xiàn)了 IAsyncResult 接口并由它來負責開啟新線程完成計算工作。
在WorkerAsyncResult中增加了 A、B兩個私有屬性來存儲用于計算的數(shù)值，一個對外可讀不可寫的屬性R，用于存儲WorkerAsyncResult內(nèi)部運算的結(jié)果。AsyncWaitHandle屬性由 ManualResetEvent 來充當，并在首次訪問時創(chuàng)建ManualResetEvent（但不釋放）。其他接口屬性正常實現(xiàn)，沒有什么可說。
WorkerAsyncResult 中新增 static Count 方法，參數(shù) state 為調(diào)用Count方法的當前WorkerAsyncResult對象。Count 方法在 WorkerAsyncResult 對象的新啟線程中運行，因此Thread.Sleep(1000)將阻塞新線程1秒中。然后設(shè)置當前WorkerAsyncResult對象是否同步完成為false，異步完成狀態(tài)為true，釋放ManualResetEvent通知以便等待線程獲取通知進入執(zhí)行狀態(tài)，判斷是否有異步執(zhí)行結(jié)束回調(diào)委托，存在則回調(diào)之。
NewWorker 非常簡單，Num1、Num2兩個屬性為要計算的數(shù)值。BeginWork 創(chuàng)建WorkerAsyncResult對象、并將要計算的兩個數(shù)值Num1、Num2、userCallback回調(diào)委托、object 類型的 asyncState 傳入要創(chuàng)建的WorkerAsyncResult對象。經(jīng)過此步操作，WorkerAsyncResult對象獲取了運算所需的所有數(shù)據(jù)、運算完成后的回調(diào)，并馬上啟動新線程進行運算（執(zhí)行WorkerAsyncResult.Count方法）。
因為WorkerAsyncResult.Count執(zhí)行在新線程中，在該線程外部無法準確獲知新線程的狀態(tài)。為了滿足外部線程與新線程同步的需求，在NewWorker中增加EndWork方法，參數(shù)類型為IAsyncResult。要調(diào)用EndWork方法應(yīng)傳入BeginWork 獲取的WorkerAsyncResult對象，EndWork方法獲取WorkerAsyncResult對象后，調(diào)用WorkerAsyncResult.AsyncWaitHandle.WaitOne()方法，等待獲取ManualResetEvent通知，在獲取到通知時運算線程已運算結(jié)束（線程并未結(jié)束），下一步獲取運算結(jié)果R并返回。
接下來是NewWorker調(diào)用程序，如下：
static void Main(string[] args)
{
NewWorker w2 = new NewWorker();
w2.Num1 = 10;
w2.Num2 = 12;
IAsyncResult r = null;
r = w2.BeginWork((obj) => {
Console.WriteLine("Thread Id:{0},Count:{1}",Thread.CurrentThread.ManagedThreadId,
w2.EndWork(r));
}, null);
Console.WriteLine("Thread Id:{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Console.ReadLine();
}
下圖我簡單畫的程序調(diào)用過程，有助于各位朋友理解：
標準的APM模型異步編程，對應(yīng)開發(fā)人員來說過于復(fù)雜。因此通過實現(xiàn) IAsyncResult 接口進行異步編程，就是傳說中的中看不中用（罪過罪過.....）。
Delegate異步編程（APM 標準實現(xiàn)）
C#中委托天生支持異步調(diào)用（APM模型），任何委托對象后"."就會發(fā)現(xiàn)BeginInvoke、EndInvoke、Invoke三個方法。BeginInvoke為異步方式調(diào)用委托、EndInvoke等待委托的異步調(diào)用結(jié)束、Invoke同步方式調(diào)用委托。因此上面的標準APM實例，可借助 delegate 進行如下簡化。
上面NewWorker使用委托方式改寫如下：
public class NewWorker2
{
Func<int, int, int> action; public NewWorker2()
{
action = new Func<int, int, int>(Work);
} public IAsyncResult BeginWork(AsyncCallback callback, object state)
{ dynamic obj = state; return action.BeginInvoke(obj.A, obj.B, callback, this);
} public int EndWork(IAsyncResult asyncResult)
{ try
{ return action.EndInvoke(asyncResult);
} catch (Exception ex)
{ throw ex;
}
} private int Work(int a, int b)
{
Thread.Sleep(1000); return a + b;
}
}調(diào)用程序：
static void Main(string[] args)
{
NewWorker2 w2 = new NewWorker2();
IAsyncResult r = null;
r = w2.BeginWork((obj) =>
{
Console.WriteLine("Thread Id:{0},Count:{1}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId,
w2.EndWork(r));
}, new { A = 10, B = 11 });
Console.WriteLine("Thread Id:{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Console.ReadLine();
}上面的使用委托進行APM異步編程，比實現(xiàn) IAsyncResult 接口的方式精簡太多、更易理解使用。因此這里建議朋友們 delegate 異步調(diào)用模型應(yīng)該掌握起來，而通過實現(xiàn) IAsyncResult
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文章題目：如何實現(xiàn)C#異步的APM模式異步程序開發(fā)
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