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C#综合揭秘—细说多线程

程序员文章站 2022-05-15 11:21:20
...
本文主要从线程的基础用法,CLR线程池当中工作者线程与I/O线程的开发,并行操作PLINQ等多个方面介绍多线程的开发。
其中委托的BeginInvoke方法以及回调函数最为常用。
而 I/O线程可能容易遭到大家的忽略,其实在开发多线程系统,更应该多留意I/O线程的操作。特别是在ASP.NET开发当中,可能更多人只会留意在客户端使用Ajax或者在服务器端使用UpdatePanel。其实合理使用I/O线程在通讯项目或文件下载时,能尽可能地减少IIS的压力。
并行编程是Framework4.0中极力推广的异步操作方式,更值得更深入地学习。
希望本篇文章能对各位的学习研究有所帮助,当中有所错漏的地方敬请点评。

一、线程的定义

1. 1 进程、应用程序域与线程的关系

进程(Process)是Windows系统中的一个基本概念,它包含着一个运行程序所需要的资源。进程之间是相对独立的,一个进程无法访问另一个进程的数据(除非利用分布式计算方式),一个进程运行的失败也不会影响其他进程的运行,Windows系统就是利用进程把工作划分为多个独立的区域的。进程可以理解为一个程序的基本边界。

应用程序域(AppDomain)是一个程序运行的逻辑区域,它可以视为一个轻量级的进程,.NET的程序集正是在应用程序域中运行的,一个进程可以包含有多个应用程序域,一个应用程序域也可以包含多个程序集。在一个应用程序域中包含了一个或多个上下文context,使用上下文CLR就能够把某些特殊对象的状态放置在不同容器当中。

线程(Thread)是进程中的基本执行单元,在进程入口执行的第一个线程被视为这个进程的主线程。在.NET应用程序中,都是以Main()方法作为入口的,当调用此方法时系统就会自动创建一个主线程。线程主要是由CPU寄存器、调用栈和线程本地存储器(Thread Local Storage,TLS)组成的。CPU寄存器主要记录当前所执行线程的状态,调用栈主要用于维护线程所调用到的内存与数据,TLS主要用于存放线程的状态信息。

进程、应用程序域、线程的关系如下图,一个进程内可以包括多个应用程序域,也有包括多个线程,线程也可以穿梭于多个应用程序域当中。但在同一个时刻,线程只会处于一个应用程序域内。

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1.2 多线程

在单CPU系统的一个单位时间(time slice)内,CPU只能运行单个线程,运行顺序取决于线程的优先级别。如果在单位时间内线程未能完成执行,系统就会把线程的状态信息保存到线程的本地存储器(TLS) 中,以便下次执行时恢复执行。而多线程只是系统带来的一个假像,它在多个单位时间内进行多个线程的切换。因为切换频密而且单位时间非常短暂,所以多线程可被视作同时运行。

适当使用多线程能提高系统的性能,比如:在系统请求大容量的数据时使用多线程,把数据输出工作交给异步线程,使主线程保持其稳定性去处理其他问题。但需要注意一点,因为CPU需要花费不少的时间在线程的切换上,所以过多地使用多线程反而会导致性能的下降。

二、线程的基础知识

2.1 System.Threading.Thread类

System.Threading.Thread是用于控制线程的基础类,通过Thread可以控制当前应用程序域中线程的创建、挂起、停止、销毁。

它包括以下常用公共属性:

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2.1.1 线程的标识符

ManagedThreadId是确认线程的唯一标识符,程序在大部分情况下都是通过Thread.ManagedThreadId来辨别线程的。而Name是一个可变值,在默认时候,Name为一个空值 Null,开发人员可以通过程序设置线程的名称,但这只是一个辅助功能。

2.1.2 线程的优先级别

.NET为线程设置了Priority属性来定义线程执行的优先级别,里面包含5个选项,其中Normal是默认值。除非系统有特殊要求,否则不应该随便设置线程的优先级别。

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2.1.3 线程的状态

通过ThreadState可以检测线程是处于Unstarted、Sleeping、Running 等等状态,它比 IsAlive 属性能提供更多的特定信息。

前面说过,一个应用程序域中可能包括多个上下文,而通过CurrentContext可以获取线程当前的上下文。

CurrentThread是最常用的一个属性,它是用于获取当前运行的线程。

2.1.4 System.Threading.Thread的方法

Thread 中包括了多个方法来控制线程的创建、挂起、停止、销毁,以后来的例子中会经常使用。

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2.1.5 开发实例

以下这个例子,就是通过Thread显示当前线程信息

static void Main(string[] args)
        {
            Thread thread = Thread.CurrentThread;
            thread.Name = "Main Thread";
            string threadMessage = string.Format("Thread ID:{0}\n    Current AppDomainId:{1}\n    "+
                "Current ContextId:{2}\n    Thread Name:{3}\n    "+
                "Thread State:{4}\n    Thread Priority:{5}\n",
                thread.ManagedThreadId, Thread.GetDomainID(), Thread.CurrentContext.ContextID,
                thread.Name, thread.ThreadState, thread.Priority);
            Console.WriteLine(threadMessage);
            Console.ReadKey();
        }

运行结果

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2.2 System.Threading 命名空间

在System.Threading命名空间内提供多个方法来构建多线程应用程序,其中ThreadPool与Thread是多线程开发中最常用到的,在.NET中专门设定了一个CLR线程池专门用于管理线程的运行,这个CLR线程池正是通过ThreadPool类来管理。而Thread是管理线程的最直接方式,下面几节将详细介绍有关内容。

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在System.Threading中的包含了下表中的多个常用委托,其中ThreadStart、ParameterizedThreadStart是最常用到的委托。
由ThreadStart生成的线程是最直接的方式,但由ThreadStart所生成并不受线程池管理。
而ParameterizedThreadStart是为异步触发带参数的方法而设的,在下一节将为大家逐一细说。

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2.3 线程的管理方式

通过ThreadStart来创建一个新线程是最直接的方法,但这样创建出来的线程比较难管理,如果创建过多的线程反而会让系统的性能下载。有见及此,.NET为线程管理专门设置了一个CLR线程池,使用CLR线程池系统可以更合理地管理线程的使用。所有请求的服务都能运行于线程池中,当运行结束时线程便会回归到线程池。通过设置,能控制线程池的最大线程数量,在请求超出线程最大值时,线程池能按照操作的优先级别来执行,让部分操作处于等待状态,待有线程回归时再执行操作。

基础知识就为大家介绍到这里,下面将详细介绍多线程的开发。

三、以ThreadStart方式实现多线程

3.1 使用ThreadStart委托

这里先以一个例子体现一下多线程带来的好处,首先在Message类中建立一个方法ShowMessage(),里面显示了当前运行线程的Id,并使用Thread.Sleep(int ) 方法模拟部分工作。在main()中通过ThreadStart委托绑定Message对象的ShowMessage()方法,然后通过Thread.Start()执行异步方法。

public class Message
      {
          public void ShowMessage()
          {
              string message = string.Format("Async threadId is :{0}",
                                              Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
              Console.WriteLine(message);
  
              for (int n = 0; n < 10; n++)
              {
                  Thread.Sleep(300);   
                  Console.WriteLine("The number is:" + n.ToString()); 
              }
          }
      }
  
      class Program
      {
          static void Main(string[] args)
          {
              Console.WriteLine("Main threadId is:"+
                                Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
              Message message=new Message();
              Thread thread = new Thread(new ThreadStart(message.ShowMessage));
              thread.Start();
              Console.WriteLine("Do something ..........!");
              Console.WriteLine("Main thread working is complete!");
              
          }
      }

请注意运行结果,在调用Thread.Start()方法后,系统以异步方式运行Message.ShowMessage(),而主线程的操作是继续执行的,在Message.ShowMessage()完成前,主线程已完成所有的操作。

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3.2 使用ParameterizedThreadStart委托

ParameterizedThreadStart委托与ThreadStart委托非常相似,但ParameterizedThreadStart委托是面向带参数方法的。注意ParameterizedThreadStart 对应方法的参数为object,此参数可以为一个值对象,也可以为一个自定义对象。

public class Person
    {
        public string Name
        {
            get;
            set;
        }
        public int Age
        {
            get;
            set;
        }
    }

    public class Message
    {
        public void ShowMessage(object person)
        {
            if (person != null)
            {
                Person _person = (Person)person;
                string message = string.Format("\n{0}'s age is {1}!\nAsync threadId is:{2}",
                    _person.Name,_person.Age,Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
                Console.WriteLine(message);
            }
            for (int n = 0; n < 10; n++)
            {
                Thread.Sleep(300);   
                Console.WriteLine("The number is:" + n.ToString()); 
            }
        }
    }

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {     
            Console.WriteLine("Main threadId is:"+Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            
            Message message=new Message();
            //绑定带参数的异步方法
            Thread thread = new Thread(new ParameterizedThreadStart(message.ShowMessage));
            Person person = new Person();
            person.Name = "Jack";
            person.Age = 21;
            thread.Start(person);  //启动异步线程 
            
            Console.WriteLine("Do something ..........!");
            Console.WriteLine("Main thread working is complete!");
             
        }
    }


运行结果:

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3.3 前台线程与后台线程

注意以上两个例子都没有使用Console.ReadKey(),但系统依然会等待异步线程完成后才会结束。这是因为使用Thread.Start()启动的线程默认为前台线程,而系统必须等待所有前台线程运行结束后,应用程序域才会自动卸载。

在第二节曾经介绍过线程Thread有一个属性IsBackground,通过把此属性设置为true,就可以把线程设置为后台线程!这时应用程序域将在主线程完成时就被卸载,而不会等待异步线程的运行。

3.4 挂起线程

为了等待其他后台线程完成后再结束主线程,就可以使用Thread.Sleep()方法。

public class Message
    {
        public void ShowMessage()
        {
            string message = string.Format("\nAsync threadId is:{0}",
                                           Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            Console.WriteLine(message);
            for (int n = 0; n < 10; n++)
            {
                Thread.Sleep(300);
                Console.WriteLine("The number is:" + n.ToString());
            }
        }
    }

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {     
            Console.WriteLine("Main threadId is:"+
                              Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            
            Message message=new Message();
            Thread thread = new Thread(new ThreadStart(message.ShowMessage));
            thread.IsBackground = true;
            thread.Start();
            
            Console.WriteLine("Do something ..........!");
            Console.WriteLine("Main thread working is complete!");
            Console.WriteLine("Main thread sleep!");
            Thread.Sleep(5000);
        }
    }

运行结果如下,此时应用程序域将在主线程运行5秒后自动结束

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但系统无法预知异步线程需要运行的时间,所以用通过Thread.Sleep(int)阻塞主线程并不是一个好的解决方法。有见及此,.NET专门为等待异步线程完成开发了另一个方法thread.Join()。把上面例子中的最后一行Thread.Sleep(5000)修改为 thread.Join() 就能保证主线程在异步线程thread运行结束后才会终止。

3.5 Suspend 与 Resume (慎用)

Thread.Suspend()与 Thread.Resume()是在Framework1.0 就已经存在的老方法了,它们分别可以挂起、恢复线程。但在Framework2.0中就已经明确排斥这两个方法。这是因为一旦某个线程占用了已有的资源,再使用Suspend()使线程长期处于挂起状态,当在其他线程调用这些资源的时候就会引起死锁!所以在没有必要的情况下应该避免使用这两个方法。

3.6 终止线程

若想终止正在运行的线程,可以使用Abort()方法。在使用Abort()的时候,将引发一个特殊异常 ThreadAbortException 。
若想在线程终止前恢复线程的执行,可以在捕获异常后 ,在catch(ThreadAbortException ex){...} 中调用Thread.ResetAbort()取消终止。
而使用Thread.Join()可以保证应用程序域等待异步线程结束后才终止运行。

static void Main(string[] args)
         {
             Console.WriteLine("Main threadId is:" +
                               Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
 
             Thread thread = new Thread(new ThreadStart(AsyncThread));
             thread.IsBackground = true;
             thread.Start();
             thread.Join();
 
         }     
         
         //以异步方式调用
         static void AsyncThread()
         {
             try
             {
                 string message = string.Format("\nAsync threadId is:{0}",
                    Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
                 Console.WriteLine(message);
 
                 for (int n = 0; n < 10; n++)
                 {
                     //当n等于4时,终止线程
                     if (n >= 4)
                     {
                         Thread.CurrentThread.Abort(n);
                     }
                     Thread.Sleep(300);
                     Console.WriteLine("The number is:" + n.ToString());
                 }
             }
             catch (ThreadAbortException ex)
             {
                 //输出终止线程时n的值
                 if (ex.ExceptionState != null)
                     Console.WriteLine(string.Format("Thread abort when the number is: {0}!", 
                                                      ex.ExceptionState.ToString()));
                
                 //取消终止,继续执行线程
                 Thread.ResetAbort();
                 Console.WriteLine("Thread ResetAbort!");
             }
 
             //线程结束
             Console.WriteLine("Thread Close!");
         }

运行结果如下

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四、CLR线程池的工作者线程

4.1 关于CLR线程池

使用ThreadStart与ParameterizedThreadStart建立新线程非常简单,但通过此方法建立的线程难于管理,若建立过多的线程反而会影响系统的性能。
有见及此,.NET引入CLR线程池这个概念。CLR线程池并不会在CLR初始化的时候立刻建立线程,而是在应用程序要创建线程来执行任务时,线程池才初始化一个线程。线程的初始化与其他的线程一样。在完成任务以后,该线程不会自行销毁,而是以挂起的状态返回到线程池。直到应用程序再次向线程池发出请求时,线程池里挂起的线程就会再度激活执行任务。这样既节省了建立线程所造成的性能损耗,也可以让多个任务反复重用同一线程,从而在应用程序生存期内节约大量开销。

注意:通过CLR线程池所建立的线程总是默认为后台线程,优先级数为ThreadPriority.Normal。

4.2 工作者线程与I/O线程

CLR线程池分为工作者线程(workerThreads)与I/O线程 (completionPortThreads) 两种,工作者线程是主要用作管理CLR内部对象的运作,I/O(Input/Output) 线程顾名思义是用于与外部系统交换信息,IO线程的细节将在下一节详细说明。

通过ThreadPool.GetMax(out int workerThreads,out int completionPortThreads )和 ThreadPool.SetMax( int workerThreads, int completionPortThreads)两个方法可以分别读取和设置CLR线程池中工作者线程与I/O线程的最大线程数。在Framework2.0中最大线程默认为25*CPU数,在Framewok3.0、4.0中最大线程数默认为250*CPU数,在近年 I3,I5,I7 CPU出现后,线程池的最大值一般默认为1000、2000。
若想测试线程池中有多少的线程正在投入使用,可以通过ThreadPool.GetAvailableThreads( out intworkerThreads,out int completionPortThreads ) 方法。

使用CLR线程池的工作者线程一般有两种方式,一是直接通过 ThreadPool.QueueUserWorkItem() 方法,二是通过委托,下面将逐一细说。

4.3 通过QueueUserWorkItem启动工作者线程

ThreadPool线程池中包含有两个静态方法可以直接启动工作者线程:
一为 ThreadPool.QueueUserWorkItem(WaitCallback)
二为 ThreadPool.QueueUserWorkItem(WaitCallback,Object)

先把WaitCallback委托指向一个带有Object参数的无返回值方法,再使用 ThreadPool.QueueUserWorkItem(WaitCallback) 就可以异步启动此方法,此时异步方法的参数被视为null 。

class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            //把CLR线程池的最大值设置为1000
            ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
            //显示主线程启动时线程池信息
            ThreadMessage("Start");
            //启动工作者线程
            ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(AsyncCallback));
            Console.ReadKey();
        }
        
        static void AsyncCallback(object state)
        {
            Thread.Sleep(200);
            ThreadMessage("AsyncCallback");
            Console.WriteLine("Async thread do work!");
        }

        //显示线程现状
        static void ThreadMessage(string data)
        {
            string message = string.Format("{0}\n  CurrentThreadId is {1}",
                 data, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            Console.WriteLine(message);
        }
    }

运行结果

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使用 ThreadPool.QueueUserWorkItem(WaitCallback,Object) 方法可以把object对象作为参数传送到回调函数中。
下面例子中就是把一个string对象作为参数发送到回调函数当中。

class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            //把线程池的最大值设置为1000
            ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
          
            ThreadMessage("Start");
            ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(AsyncCallback),"Hello Elva");
            Console.ReadKey();
        }

        static void AsyncCallback(object state)
        {
            Thread.Sleep(200);
            ThreadMessage("AsyncCallback");

            string data = (string)state;
            Console.WriteLine("Async thread do work!\n"+data);
        }

        //显示线程现状
        static void ThreadMessage(string data)
        {
            string message = string.Format("{0}\n  CurrentThreadId is {1}",
                 data, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            Console.WriteLine(message);
        }
    }

运行结果

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通过ThreadPool.QueueUserWorkItem启动工作者线程虽然是方便,但WaitCallback委托指向的必须是一个带有Object参数的无返回值方法,这无疑是一种限制。若方法需要有返回值,或者带有多个参数,这将多费周折。有见及此,.NET提供了另一种方式去建立工作者线程,那就是委托。

4.4 委托类       

使用CLR线程池中的工作者线程,最灵活最常用的方式就是使用委托的异步方法,在此先简单介绍一下委托类。

当定义委托后,.NET就会自动创建一个代表该委托的类,下面可以用反射方式显示委托类的方法成员(对反射有兴趣的朋友可以先参考一下“.NET基础篇——反射的奥妙”)

class Program
    {
        delegate void MyDelegate();

        static void Main(string[] args)
        {
            MyDelegate delegate1 = new MyDelegate(AsyncThread);
            //显示委托类的几个方法成员     
            var methods=delegate1.GetType().GetMethods();
            if (methods != null)
                foreach (MethodInfo info in methods)
                    Console.WriteLine(info.Name);
            Console.ReadKey();
         }
     }

委托类包括以下几个重要方法

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public class MyDelegate:MulticastDelegate
    {
        public MyDelegate(object target, int methodPtr);
        //调用委托方法
        public virtual void Invoke();
        //异步委托
        public virtual IAsyncResult BeginInvoke(AsyncCallback callback,object state);
        public virtual void EndInvoke(IAsyncResult result);
    }

当调用Invoke()方法时,对应此委托的所有方法都会被执行。而BeginInvoke与EndInvoke则支持委托方法的异步调用,由BeginInvoke启动的线程都属于CLR线程池中的工作者线程,在下面将详细说明。

4.5 利用BeginInvoke与EndInvoke完成异步委托方法

首先建立一个委托对象,通过IAsyncResult BeginInvoke(string name,AsyncCallback callback,object state) 异步调用委托方法,BeginInvoke 方法除最后的两个参数外,其它参数都是与方法参数相对应的。通过 BeginInvoke 方法将返回一个实现了 System.IAsyncResult 接口的对象,之后就可以利用EndInvoke(IAsyncResult ) 方法就可以结束异步操作,获取委托的运行结果。

class Program
    {
        delegate string MyDelegate(string name);

        static void Main(string[] args)
        {
            ThreadMessage("Main Thread");
            
            //建立委托
            MyDelegate myDelegate = new MyDelegate(Hello);
            //异步调用委托,获取计算结果
            IAsyncResult result=myDelegate.BeginInvoke("Leslie", null, null);
            //完成主线程其他工作
            ............. 
            //等待异步方法完成,调用EndInvoke(IAsyncResult)获取运行结果
            string data=myDelegate.EndInvoke(result);
            Console.WriteLine(data);
            
            Console.ReadKey();
        }

        static string Hello(string name)
        {
            ThreadMessage("Async Thread");
            Thread.Sleep(2000);            //虚拟异步工作
            return "Hello " + name;
        }

        //显示当前线程
        static void ThreadMessage(string data)
        {
            string message = string.Format("{0}\n  ThreadId is:{1}",
                   data,Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            Console.WriteLine(message);
        }
    }

运行结果

C#综合揭秘—细说多线程

4.6 善用IAsyncResult

在以上例子中可以看见,如果在使用myDelegate.BeginInvoke后立即调用myDelegate.EndInvoke,那在异步线程未完成工作以前主线程将处于阻塞状态,等到异步线程结束获取计算结果后,主线程才能继续工作,这明显无法展示出多线程的优势。此时可以好好利用IAsyncResult 提高主线程的工作性能,IAsyncResult有以下成员

public interface IAsyncResult
{
    object AsyncState {get;}            //获取用户定义的对象,它限定或包含关于异步操作的信息。
    WailHandle AsyncWaitHandle {get;}   //获取用于等待异步操作完成的 WaitHandle。
    bool CompletedSynchronously {get;}  //获取异步操作是否同步完成的指示。
    bool IsCompleted {get;}             //获取异步操作是否已完成的指示。
}

通过轮询方式,使用IsCompleted属性判断异步操作是否完成,这样在异步操作未完成前就可以让主线程执行另外的工作。

class Program
    {
        delegate string MyDelegate(string name);

        static void Main(string[] args)
        {
            ThreadMessage("Main Thread");
            
            //建立委托
            MyDelegate myDelegate = new MyDelegate(Hello);
            //异步调用委托,获取计算结果
            IAsyncResult result=myDelegate.BeginInvoke("Leslie", null, null);
            //在异步线程未完成前执行其他工作
            while (!result.IsCompleted)
            {
                Thread.Sleep(200);      //虚拟操作
                Console.WriteLine("Main thead do work!");
            }
            string data=myDelegate.EndInvoke(result);
            Console.WriteLine(data);
            
            Console.ReadKey();
        }

        static string Hello(string name)
        {
            ThreadMessage("Async Thread");
            Thread.Sleep(2000);
            return "Hello " + name;
        }

        static void ThreadMessage(string data)
        {
            string message = string.Format("{0}\n  ThreadId is:{1}",
                   data,Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            Console.WriteLine(message);
        }
    }

运行结果:

C#综合揭秘—细说多线程

除此以外,也可以使用WailHandle完成同样的工作,WaitHandle里面包含有一个方法WaitOne(int timeout),它可以判断委托是否完成工作,在工作未完成前主线程可以继续其他工作。运行下面代码可得到与使用 IAsyncResult.IsCompleted 同样的结果,而且更简单方便 。

namespace Test
{
    class Program
    {
        delegate string MyDelegate(string name);

        static void Main(string[] args)
        {
            ThreadMessage("Main Thread");
            
            //建立委托
            MyDelegate myDelegate = new MyDelegate(Hello);
 
            //异步调用委托,获取计算结果
            IAsyncResult result=myDelegate.BeginInvoke("Leslie", null, null);
            
            while (!result.AsyncWaitHandle.WaitOne(200))
            {
                Console.WriteLine("Main thead do work!");
            }
            string data=myDelegate.EndInvoke(result);
            Console.WriteLine(data);
            
            Console.ReadKey();
        }

        static string Hello(string name)
        {
            ThreadMessage("Async Thread");
            Thread.Sleep(2000);
            return "Hello " + name;
        }

        static void ThreadMessage(string data)
        {
            string message = string.Format("{0}\n  ThreadId is:{1}",
                   data,Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            Console.WriteLine(message);
        }
    }

当要监视多个运行对象的时候,使用IAsyncResult.WaitHandle.WaitOne可就派不上用场了。
幸好.NET为WaitHandle准备了另外两个静态方法:WaitAny(waitHandle[], int)与WaitAll (waitHandle[] , int)。
其中WaitAll在等待所有waitHandle完成后再返回一个bool值。
而WaitAny是等待其中一个waitHandle完成后就返回一个int,这个int是代表已完成waitHandle在waitHandle[]中的数组索引。
下面就是使用WaitAll的例子,运行结果与使用 IAsyncResult.IsCompleted 相同。

class Program
    {
        delegate string MyDelegate(string name);

        static void Main(string[] args)
        {
            ThreadMessage("Main Thread");
            
            //建立委托
            MyDelegate myDelegate = new MyDelegate(Hello);
 
            //异步调用委托,获取计算结果
            IAsyncResult result=myDelegate.BeginInvoke("Leslie", null, null);

            //此处可加入多个检测对象
            WaitHandle[] waitHandleList = new WaitHandle[] { result.AsyncWaitHandle,........ };
            while (!WaitHandle.WaitAll(waitHandleList,200))
            {
                Console.WriteLine("Main thead do work!");
            }
            string data=myDelegate.EndInvoke(result);
            Console.WriteLine(data);
            
            Console.ReadKey();
        }

        static string Hello(string name)
        {
            ThreadMessage("Async Thread");
            Thread.Sleep(2000);
            return "Hello " + name;
        }

        static void ThreadMessage(string data)
        {
            string message = string.Format("{0}\n  ThreadId is:{1}",
                   data,Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            Console.WriteLine(message);
        }
    }

4.7 回调函数

使用轮询方式来检测异步方法的状态非常麻烦,而且效率不高,有见及此,.NET为 IAsyncResult BeginInvoke(AsyncCallback , object)准备了一个回调函数。使用 AsyncCallback 就可以绑定一个方法作为回调函数,回调函数必须是带参数 IAsyncResult 且无返回值的方法: void AsycnCallbackMethod(IAsyncResult result) 。在BeginInvoke方法完成后,系统就会调用AsyncCallback所绑定的回调函数,最后回调函数中调用 XXX EndInvoke(IAsyncResult result) 就可以结束异步方法,它的返回值类型与委托的返回值一致。

class Program
    {
        delegate string MyDelegate(string name);

        static void Main(string[] args)
        {
            ThreadMessage("Main Thread");

            //建立委托
            MyDelegate myDelegate = new MyDelegate(Hello);
            //异步调用委托,获取计算结果
            myDelegate.BeginInvoke("Leslie", new AsyncCallback(Completed), null);
            //在启动异步线程后,主线程可以继续工作而不需要等待
            for (int n = 0; n < 6; n++)
                Console.WriteLine("  Main thread do work!");
            Console.WriteLine("");

            Console.ReadKey();
        }

        static string Hello(string name)
        {
            ThreadMessage("Async Thread");
            Thread.Sleep(2000);             \\模拟异步操作
            return "\nHello " + name;
        }

        static void Completed(IAsyncResult result)
        {
            ThreadMessage("Async Completed");

            //获取委托对象,调用EndInvoke方法获取运行结果
            AsyncResult _result = (AsyncResult)result;
            MyDelegate myDelegate = (MyDelegate)_result.AsyncDelegate;
            string data = myDelegate.EndInvoke(_result);
            Console.WriteLine(data);
        }

        static void ThreadMessage(string data)
        {
            string message = string.Format("{0}\n  ThreadId is:{1}",
                   data, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            Console.WriteLine(message);
        }
    }

可以看到,主线在调用BeginInvoke方法可以继续执行其他命令,而无需再等待了,这无疑比使用轮询方式判断异步方法是否完成更有优势。
在异步方法执行完成后将会调用AsyncCallback所绑定的回调函数,注意一点,回调函数依然是在异步线程中执行,这样就不会影响主线程的运行,这也使用回调函数最值得青昧的地方。
在回调函数中有一个既定的参数IAsyncResult,把IAsyncResult强制转换为AsyncResult后,就可以通过 AsyncResult.AsyncDelegate 获取原委托,再使用EndInvoke方法获取计算结果。
运行结果如下:

C#综合揭秘—细说多线程

如果想为回调函数传送一些外部信息,就可以利用BeginInvoke(AsyncCallback,object)的最后一个参数object,它允许外部向回调函数输入任何类型的参数。只需要在回调函数中利用 AsyncResult.AsyncState 就可以获取object对象。

class Program
    {
        public class Person
        {
            public string Name;
            public int Age;
        }

        delegate string MyDelegate(string name);

        static void Main(string[] args)
        {
            ThreadMessage("Main Thread");

            //建立委托
            MyDelegate myDelegate = new MyDelegate(Hello);
            
            //建立Person对象
            Person person = new Person();
            person.Name = "Elva";
            person.Age = 27;
            
            //异步调用委托,输入参数对象person, 获取计算结果
            myDelegate.BeginInvoke("Leslie", new AsyncCallback(Completed), person);            
          
            //在启动异步线程后,主线程可以继续工作而不需要等待
            for (int n = 0; n < 6; n++)
                Console.WriteLine("  Main thread do work!");
            Console.WriteLine("");

            Console.ReadKey();
        }

        static string Hello(string name)
        {
            ThreadMessage("Async Thread");
            Thread.Sleep(2000);
            return "\nHello " + name;
        }

        static void Completed(IAsyncResult result)
        {
            ThreadMessage("Async Completed");

            //获取委托对象,调用EndInvoke方法获取运行结果
            AsyncResult _result = (AsyncResult)result;
            MyDelegate myDelegate = (MyDelegate)_result.AsyncDelegate;
            string data = myDelegate.EndInvoke(_result);
            //获取Person对象
            Person person = (Person)result.AsyncState;
            string message = person.Name + "'s age is " + person.Age.ToString();

            Console.WriteLine(data+"\n"+message);
        }

        static void ThreadMessage(string data)
        {
            string message = string.Format("{0}\n  ThreadId is:{1}",
                   data, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            Console.WriteLine(message);
        }
    }

运行结果:

C#综合揭秘—细说多线程

关于I/O线程、SqlCommand多线程查询、PLINQ、定时器与锁的内容将在C#综合揭秘——细说多线程(下)中详细介绍。

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