• 跨线程操作GUI


    无论是WIN32还是Windows Form还是WPF还是Swing,都不支持GUI线程之外的线程直接访问其API。今天我们来回顾一下这个发展过程。一个普通的操作是怎么被封装封装再封装的。

    Win32

    在Windows SDK时代,我们都知道,界面就是一个大的WndProc控制的。

    switch (message)
    {
    case WM_PAINT:

    case WM_DESTROY:

    default:
    return DefWindowProc(hWnd, message, wParam, lParam);
    }

    如果我们需要另外一个线程去做一些耗时的IO操作,同时要回调回来更新的界面,这个时候要么自己定义一个回调队列,然后在WM_IDLE的时候处理,要么就利用窗口本身的消息队列,自己创建一个消息类型:

    // at startup
    int OUR_APP_IO_COMPLETED = RegisterWindowMessage("OUR_APP_IO_COMPLETED");
    ----
    // after io completed
    PostMessage(hwnd, OUR_APP_IO_COMPLETED, xxx, xxx);

    这样,我们就可以让界面更新的操作在GUI线程完成了。

    .NET 1.0 Windows Forms

    Windows Forms的出现使得很多东西简单多了。跨线程的GUI操作也简化了许多。因为我们有了Delegate和Control.Invoke。前者就是一个函数指针的升级版,Control.Invoke就是PostMessage的升级版:

    public delegate void IOCompletedHandler();
    public void OnIOCompleted() {
    control.Invoke(
    new IOCompletedHandler(HandleIOCompleted));
    }
    public void HandleIOCompleted() {

    }

    在内部Control维护了一个threadCallbackList。调用Invoke相当于

    1、把Delegate和参数封装到一起,压入到threadCallbackList中

    2、确保ThreadCallbackMessage被注册了(RegisterWindowMessage)

    3、PostMessage,触发Callback

    4、WaitForHandle,等待GUI线程完成处理(如果是BeginInvoke则可以省略这个步骤)

    而Windows Forms的WndProc的消息循环,就需要加一个case语句,来响应PostMessage。在得到消息的同时,去threadCallbackList中取出需要回调的Delegate,然后一一调用。

    Control.Invoke确实是让我们的生活方便很多。但是它还是不能避免所谓的BeginInvoke之舞(BeginInvoke Dance):

    //http://ikriv.com:8765/en/prog/info/dotnet/MysteriousHang.html
    delegate
    void MyHandlerDelegate();
    void MyHandler()
    {
    // "The BeginInvoke dance"
    if (this.InvokeRequired) // assuming this descends from Control
    {
    BeginInvoke(
    new MyHandlerDelegate(MyHandler) );
    return;
    }
    // assume we are on the main GUI thread
    do GUI stuff
    }

    InvokeRequired内部实现就是线程安全地比较一下当前线程和GUI线程的线程ID是不是相等的。

    另外Control.Invoke还需要我们确保对应的Control的句柄已经创建。为了避免这个问题,WinForm有一个MarshingControl可以给我们使用。

    Application.ThreadContext.FromCurrent().MarshingControl;

    .NET 2.0 Windows Forms

    如果我提供了一个回调接口。我一般会直接调用回调方法,如果我知道回调方法必须在GUI线程中执行的话,用必须用Control.Invoke来调用回调方法。所以,在缺乏信息的情况下,回调接口的提供者是没有办法保证回调方法的执行线程的环境的。所以,按照Strategy模式,我们可以定义一个CallbackStrategy

    public interface CallbackExecutor {
    void Execute(Delegate callback, object[] args);
    }
    public class DefaultCallbackExecutor : CallbackExecutor {
    public void Execute(Delegate callback, object[] args) {
    callback.Invoke(args);
    }
    }
    public class WindowsFormsCallbackExecutor : CallbackExecutor {
    private Control marshalingControl;
    public WindowsFormsCallbackExecutor() {
    Application.ThreadContext context
    = Application.ThreadContext.FromCurrent();
    if (context != null)
    {
    this.marshalingControl= context.MarshalingControl;
    }
    }
    public void Execute(Delegate callback, object[] args) {
    marshalingControl.Invoke(callback, args);
    }
    }

    然后回调方法的提供者就不用为难了,它只要调用CallbackExecutor就可以了,同时回调方法也可以安心地直接去干自己的事情。从而,谁都不需要做BeginInvoke Dance了。

    这就是.NET引入的SynchronizationContext的基本原理。由于微软不是接口爱好者,所以它省去了共同的那个接口,直接让WindowsFormSynchronizationContext继承自SynchronizationContext类了。SynchronizationContext是线程唯一的,取得当前线程的Sync Context可以使用:

    SynchronizationContext.Current.Post(delegate{//your code}, null);

    与SynchronizationContext类同时引入的还有AsyncOperationManager,AsyncOperation。它又是SynchronizationContext的封装。一般来说,推荐使用AsyncOperationManager。AsyncOperationManager在创建AsyncOperation的时候会取得当前线程的Sync Context,并存储在SyncOperation之中。 所以后来利用AsyncOperation来回调的时候,就会用一开始创建时候所在线程的context来回调。

    // initialize in GUI thread
    asyncOperation = AsyncOperationManager.Create(null);

    // when you want to call back
    asyncOperation.Post(delegate{//your code}, null);

    像BackgroundWorker这样的类,之所以其Callback可以直接访问GUI,其秘诀就在于回调不是直接调用的,而是有 AsyncOperation来间接代劳的。只要AsyncOperation是在GUI线程创建的,所有由它代劳的回调都会经过 MarshalingControl来做Control.Invoke。

    .NET 3.0 WPF

    Control.Invoke变成了Dispatcher.Invoke。内部实现还是一样的,有一个Callback队列,然后PostMessage。同时引入的还有DispatcherSynchronizationContext。

    Conculsion

    从直接PostMessage到Control.Invoke到SynchronizationContext到AsyncOperationManager到BackgroundWorker,职责最终推卸到了回调的提供方。但是由于引入的时间不一致,很多回调提供方是没有使用AsyncOperation的。这个时候,我们自己需要自己去包装,比如:

    Code

    这样,我们就不需要在手工地去用Control.Invoke了,也不应该再直接用Control.Invoke了。

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