.NET多线程的探讨

本文开始总结.NET下的多种多线程机制，不断更新中，往各位补充。

Invoke机制

最近在实验一个webservice时候，想到了要用异步机制，于是好好研究了一下多线程和Invoke机制，这里写点小小的心得，如有不妥，请各位指教。

我们往往会遇到这样的需求：有一个十分耗时间的工作（比如一个WebSerive的请求），我们不希望它阻塞现有的UI线程（因为这样会导致界面假死），而是希望它在另外一个线程里面执行，并在执行完毕之后将结果“通知”UI线程。这个需求需要通过Invoke和委托机制实现。

参考资料：

http://www.cnblogs.com/c2303191/articles/826571.html

http://www.cnblogs.com/yuxuanji/archive/2009/07/09/1519605.html

Invoke

Invoke总是和委托同时使用，假设有如下代码片段：

Control.Invoke(myDelegate);

为了解释Invoke的真正意义，首先要说明几个关于这段代码的假设：

1.假设这段代码是在一个非UI线程中调用的，设为线程2；

2.假设Control是个控件，并且是在UI线程中创建的，设为线程1，我们在这个线程2中已设法获得了一个Control的引用；

3.假设myDelegate是一个委托实例，无论它所指向的函数（设为函数1）在哪个类中定义；

于是这段代码的意义是：在线程2中，将函数1放到线程1中执行！

Invoke就这么简单！

控件操作规则：

在.NET中有一个规定：任何对控件的操作，都必须在创建这个控件的线程中执行，否则无效！这条规定正是Control.Invoke出现的原因，Control.Invoke相当于强制将某个函数过程放到控件所在线程中执行。还有一点十分重要：对象的方法在哪个线程中执行跟这个对象在哪个线程中创建无关。简单例子就是你在窗体类里面写的函数不一定在UI线程中执行（这一点也是我一直以来的困惑），假设，我在另外一个线程中调用了这个方法（即使是通过委托调用），这个方法仍然在另一个线程中执行。

一个具体的例子：

1.创建一个WinForm应该程序，在界面上放一个按钮，我的目的是在按下按钮后创建一个耗时间的线程，并执行，同时防止界面假死；

2.创建一个类，这个类负责开启一个新的线程并执行一个长时间的操作：

public class SecondThread
{
    //这个函数在UI线程中执行
    public void DoProcess()
    {
        Thread thread = new Thread(new ThreadStart(DoTrueProcess));
        thread.Start();
    }

    //这个函数在新的线程中执行
    private void DoTrueProcess()
    {
        Thread.Sleep(5000);
    }
}

3.在按钮事件处理函数中启动新线程：

private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
    SecondThread st = new SecondThread();
    //启动新操作
    st.DoProcess();
}

到这里只是实现了一个普通的多线程编程，还没有涉及如何更新UI界面的问题，我们继续：

4.在界面中添加一个列表框，用来显示数据；

5.由于我们需要将数据通过委托的方式在线程之间传递，于是，定义一个委托，这个委托传入一个list对象：

public delegate void NotifyUI(List<string> data);

6.这个委托通知是SecondThread发出的，所以在SecondThread类中定义一个共有的委托对象，并调用这个对象：

public NotifyUI myDelegate;

//这个函数在新的线程中执行
private void DoTrueProcess()
{
    Thread.Sleep(5000);
    List<string> rdata = new List<string>() { "string1", "string2", "string3" };
    if (myDelegate != null)
    {
        myDelegate(rdata);
    }
}

7.在form中添加一个方法适应这个委托签名，并将SecondThread实例的委托对象指向这个方法：

private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
    SecondThread st = new SecondThread();
    st.myDelegate += new NotifyUI(NotifyReceiver);
    //启动新操作
    st.DoProcess();
}

private void NotifyReceiver(List<string> data)
{
    listBox1.DataSource = data;
}

如果到现在你觉得listbox能够显示data的数据，那么再次考虑：对象的方法在哪个线程中执行跟这个对象在哪个线程中创建无关。myDelegate(rdata);这个调用是在新的线程中执行的，尽管指向的方法是在Form中定义的方法，但是这两者没有任何关系，此时的NotifyReceiver方法是在新线程中执行的，而这个线程不是创建listbox的线程，因此，这里对listbox的数据绑定不能成功实施。那么如何将这个NotifyReceiver封送到UI线程中执行呢？答案便是使用Invoke。

8.把DoTrueProcess修改为如下代码：

private void DoTrueProcess()
{
    Thread.Sleep(5000);
    List<string> rdata = new List<string>() { "string1", "string2", "string3" };
    if (myDelegate != null)
    {
        //获取myDelegate的目标对象，这里将是Form1的实例
        Control control = myDelegate.Target as Control;
        //如果目标对象是个Control的话
        if (control != null)
        {
            //通过调用form的invoke，把委托指向的函数NotifyReceiver送到UI线程上执行
            control.Invoke(myDelegate, rdata);
        } 
        //如果目标对象不是Control，则直接执行委托
        else
        {
            myDelegate(rdata);
        }
    }
}

再次测试会发现，5秒后列表会更新，并且在这个5秒内，界面没有假死。在这个例子中我们把创建第二个线程和委托封锁都放到了SecondThread类里面，对于消费者（界面类），可以简单的通过类似事件的机制异步的处理，而不阻塞UI线程。

BeginInvoke

接下来，我们来看看BeginInvoke。BeginInvoke跟Invoke的唯一差别是：对于调用Invoke的线程，在Invoke的方法返回前，这个线程会阻塞；对于调用BeginInvoke的线程，在BeginInvoke的方法返回前，这个线程不会阻塞！

 

 

BackgroundWorker组件

本节参考资料：BackgroundWorker类

BackgroundWorker类允许你在单独的专用线程上运行操作。耗时的操作可以利用这个组件方便的调用。这个组件还提供了进程报告的机制。可以在Toolbox中选择该组件拖入设计器，也可以在代码中自行创建。使用这个组件相比使用Invoke要方便的多。

这个类不复杂，下面这个图很好的说明了如何使用：

本图转载，原图出处

SynchronizationContext

有同仁提到可以用SynchronizationContext在线程之间封送调用，于是我查阅了相关的文章，下面这部分内容将讨论SynchronizationContext。

参考资料：http://blog.csdn.net/soarheaven/archive/2009/01/13/3765468.aspx

基本使用

SynchronizationContext基本使用方法很简单，先上一段代码：

    public partial class Form1 : Form
    {
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
        }
        private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            //获取当前UI线程ID号，并输出
            int uiThreadId = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;
            Trace.WriteLine(string.Format("UI thread ID:{0}",uiThreadId));
            //获取当前线程上下文
            SynchronizationContext uiContext = SynchronizationContext.Current;
            //运行第二个线程，并传入上下文
            Thread newThread = new Thread(RunInSecondThread);
            newThread.Start(uiContext);

        }
        private void RunInSecondThread(object context)
        {
            //获取第二线程ID号，并输出
            int sencondThreadID = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;
            Trace.WriteLine(string.Format("Second thread ID:{0}",sencondThreadID));
            Thread.Sleep(2000);

            //得到UI线程上下文
            SynchronizationContext uiContext = context as SynchronizationContext;
            if (uiContext != null)
            {
                //将UpdateUI封送到uiContext所在线程
                uiContext.Post(UpdateUI,new object());
            }
        }
        private void UpdateUI(object obj)
        {
            //获取UpdateUI所在线程ID号，并输出,可以发现这个线程号是UI线程号，可见UpdateUI已被封送到UI线程执行
            int UnknowThreadID = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;
            Trace.WriteLine(string.Format("Second thread ID:{0}",UnknowThreadID));
            button1.Text = "Change?";
        }
    }

 下面是输出内容：

UI thread ID:10
Second thread ID:11
The thread '<No Name>' (0xa38) has exited with code 0 (0x0).
Second thread ID:10

SynchronizationContext.Current可以获得当前调用线程的上下文对象。将这个对象作为启动线程的函数参数传入第二个线程，就可以获得封送的便捷途径。

可以看到 SynchronizationContext工作的相当好，完全达到了预期的效果，界面也能正常更新。

什么时候创建了SynchronizationContext

每个线程的SynchronizationContext不是有应用程序域维护的，而是每一个线程自己存储的。那么究竟在什么时候创建的SynchronizationContext呢？

看下面的代码：

       [STAThread]
        static void Main()
        {
            Application.EnableVisualStyles();
            Application.SetCompatibleTextRenderingDefault(false);
            // let's check the context here
            var context = SynchronizationContext.Current;
            if (context == null)
                MessageBox.Show("No context for this thread");
            else
                MessageBox.Show("We got a context");
            // create a form
            Form1 form = new Form1();
            // let's check it again after creating a form
            context = SynchronizationContext.Current;
            if (context == null)
                MessageBox.Show("No context for this thread");
            else
                MessageBox.Show("We got a context");
            if (context == null)
                MessageBox.Show("No context for this thread");
            Application.Run(new Form1());
        }

这段代码测试了何时SynchronizationContext被创建，，可以看到在form1创建之前，SynchronizationContext还没有创建，而form1创建的时候创建了SynchronizationContext，form会检查SynchronizationContext是否已经存在，如果不存在将创建一个新的SynchronizationContext。

出错处理

我们修改一下第一段代码：

    private void UpdateUI(object obj)
    {

　　  //这个函数被封送到UI线程上执行，这里抛出异常，那么这个异常由哪个线程捕获呢？
        throw new Exception("Boom");
    }

...

    if (uiContext != null)
    {
        try
        {
            //将UpdateUI封送到uiContext所在线程，这里使用Send而不是Post
            uiContext.Send(UpdateUI, new object());
        }
        catch (Exception ex)
        {

　　　　//如果输出Boom，那么表示UI线程上的异常被这个非UI线程捕获了
            Trace.WriteLine(ex.Message);
        }
    }

结果输出了“Boom”，那么很明显，使用Send封送，我们将在非UI线程捕获UI线程的异常！

Send和Post

在上面的例子中我们先后使用了Send和Post两种封送方法，那么他们的区别又是什么呢？

如果我们在上面的出错处理时用Post封送，将发现UI崩溃，在debug时接收到一个为处理异常。说明什么呢？说明Post是异步的，Send是同步的。Post就像BeginInvoke一样在封送委托后继续执行当天线程不会等待，因此是异步的，如果委托发生异常，则由UI线程受到委托；而Send就像Invoke一样，封送委托后会同步地等待委托的执行，一旦委托出现异常在当前线程中也能捕获这个异常。

其他议题

说到这里你也许觉得SynchronizationContext是如此方便，的确如此。然而我们在例子中使用的SynchronizationContext实际上是WindowsFormsSynchronizationContext。我们也可以自己定制SynchronizationContext。但是这超过了本篇的讨论范围，想了解更多SynchronizationContext可以参考如下两篇文章：

http://blog.csdn.net/soarheaven/archive/2009/01/13/3765468.aspx

http://blog.csdn.net/soarheaven/archive/2009/01/13/3765501.aspx

http://blog.csdn.net/soarheaven/archive/2009/01/13/3765510.aspx