WinForm二三事（二）异步操作

监视消息循环

在上一篇文章中，我们讨论了消息循环是响应用户输入的根本，还提到了在WinForm中执行耗时操作是因为这个耗时操作与消息循环在同一个UI Thread上，导致不能处理用户的后续响应，造成程序假死。除此之外，还说到了Form中的WndProc方法，说这个方法就是Win32时代那个处理消息的方法的.Net版。

那么今天这篇文章我们就来编个小程序来模拟一下这个耗时操作，看看是不是如上一篇所说：耗时操作造成消息循环的临时中断不能响应用户后续输入。

程序很简单，就是一个简单的窗体，上面放置一个按钮，按钮里有一个Thread.Sleep(50*1000)模拟耗时操作：

public partial class LongTimeForm : Form
{
    public LongTimeForm()
    {
        InitializeComponent();
        Debug.Listeners.Add(new ConsoleTraceListener());
    }

    private void btnLongTime_Click(object sender, EventArgs e)
    {
        Thread.Sleep(50 * 1000);
    }

    //既然这个WndProc是Win32中处理消息的方法的.Net版，那么我们应该在这里可以监视到所有用户操作的“消息”
    protected override void WndProc(ref Message m)
    {
        Debug.WriteLine(m.Msg.ToString());
        base.WndProc(ref m);
    }
}

WndProc是一个虚方法，我们可以override，那么我们就来看看当用户点击“耗时操作”的按钮后，这个方法是不是还能接收到用户其他的输入呢。

小技巧
在开发WinForm程序时，为了方便显示程序的一些操作日志，我们经常将项目属性里的“Windows Application”项目类型修改为“Console Application”，这样在启动程序后，除了会显示窗体外，还会显示一个控制台，在控制台里会显示程序里通过Debug.Write等输出的日志。当产品发布的时候，我们可以将项目属性修改回”Windows Application”。

启动程序，鼠标在窗体上滑动，后面的控制台上就会显示很多的数字，这些都是消息循环从消息队列里取出的消息（数字是消息的类别，在Windows的一个头文件里定义），然后传递给WndProc方法处理的，控制台上还能输出数字说明现在消息循环还是“流畅的”。当我们点击“耗时操作”按钮后，我们发现，窗体这个时候“死掉了”，不能再接受用户任何的操作，而不管鼠标如何在窗体上滑动、点击，后面的控制台没有一条输出。唔，消息循环阻塞了。Thread.Sleep是50s时间，50s后程序又活过来了，控制台上又有源源不断的输出了。

虽然，我们用实例证明了上一篇所说的东西貌似是正确的，但是难道我们就对这种耗时操作无能为力了么？不啊，我们有多线程啊，我们有异步操作啊。我们就来看看如何使用异步操作来处理这种耗时操作。

使用委托中的BeginInvoke进行异步操作

还记得委托的BeginInvoke方法和EndInvoke方法么？今儿我们就用这两个方法来做一个异步的操作(.Net中如果你看到这种BeginXXX和EndXXX成对出现的方法，那说明就是可以进行异步操作了)。

当你定义一个委托后，编译器会自动的为你生成一个类，还会为你在这个类里提供一个BeginInvoke方法和一个EndInvoke方法，这两个方法的实现是由CLR提供的，而这个BeginInvoke和EndInvoke只是起一个包装的作用。我们还是先来看看将上面的耗时操作修改为异步的代码吧：

public partial class LongTimeForm : Form
{
    public LongTimeForm()
    {
        InitializeComponent();
        Debug.Listeners.Add(new ConsoleTraceListener());
    }

    private void LongTimeMethod()
    {
        Thread.Sleep(50 * 1000);
    }

    private void btnLongTime_Click(object sender, EventArgs e)
    {
        //咱们这儿就不自己定义新的委托了，.Net为我们定义了一串的通用委托使用
        Action longTimeAction = new Action(LongTimeMethod);
        longTimeAction.BeginInvoke(null, null);
    }
    protected override void WndProc(ref Message m)
    {
        Debug.WriteLine(m.Msg.ToString());
        base.WndProc(ref m);
    }
}

现在再来运行程序。哇塞，虽然“耗时操作”的按钮点击后，消息循环继续进行，界面也没有假死。嗯，这才是我们要的用户体验（当然，我们应该还给用户一些提示，说耗时操作正在进行，请不要关闭窗口）。

接下来我们来看看这个异步操作是咋实现的。首先，我们在LongTimeMethod方法里设置断点，点击“耗时操作”按钮后，等待命中断点，断点命中后，选择Visual Studio的“Debug”->”Windows”->”Threads”，这样会打开线程的窗口，在这里我们可以看到类似下图的图片：

有箭头指示的是正在执行的LongTimeMethod方法的Worker Thread，从这里可以看出Main方法是Main Thread中，看来BeginInvoke就是从Thread Pool中选择一个空闲线程来执行我们的耗时操作。我提到这里是因为经常有人问我：异步和多线程有什么区别？其实，异步是目的，而多线程是实现这个目的的方法。异步是说，A发起一个操作后（一般都是比较耗时的操作，如果不耗时的操作就没有必要异步了），可以继续自顾自的处理它自己的事儿，不用干等着这个耗时操作返回。.Net中的这种异步编程模型，就简化了多线程编程，我们甚至都不用去关心Thread类，就可以做一个异步操作出来。

去了还要回

实际上上面演示的耗时操作是“一去不复返”的操作（相当于WCF中的One-Way操作），也就是我发起这个操作后，我就不用管它了，我甚至不关心它运算的结果。但大部分时候我们需要这样的操作：执行完后返回来更新一下UI，比如告诉用户一声我执行完了或者显示执行结果。那这样我们就要考虑异步调用的几种方式了。如果我们要从异步操作里获取结果，我们就得调用EndInvoke方法，那我们又用什么手段来得到异步操作完成的信号呢？因为如果异步操作没有完成，我们就直接调用EndInvoke方法，这样就会阻塞，一直等到异步操作执行完毕后才会执行。

在继续讨论之前我们来看看BeginInvoke的返回值：

public interface IAsyncResult
{
    object AsyncState { get; }

    WaitHandle AsyncWaitHandle { get; }

    bool CompletedSynchronously { get; }

    bool IsCompleted { get; }
}

根据BeginInvoke返回的结果，我们就有两种调用异步操作的方式：

轮询

IAsyncResult的IsCompleted属性会在异步操作结束后返回true，否则返回false。那么我们就可以用一个循环不断的访问IsCompleted属性，当IsCompleted为true的时候再调用EndInvoke方法：

public partial class LongTimeForm : Form
{
    public LongTimeForm()
    {
        InitializeComponent();
        Debug.Listeners.Add(new ConsoleTraceListener());
    }

    private int LongTimeMethod()
    {
        Thread.Sleep(50 * 1000);
        return 10;
    }

    private void btnLongTime_Click(object sender, EventArgs e)
    {
        //咱们这儿就不自己定义新的委托了，.Net为我们定义了一串的通用委托使用
        Func<int> longTimeAction = new Func<int>(LongTimeMethod);
        IAsyncResult asynResult = longTimeAction.BeginInvoke(null, null);

        //可以做别的事情
        while (!asynResult.IsCompleted)
        {

        }
        int result = longTimeAction.EndInvoke(asynResult);

    }
    protected override void WndProc(ref Message m)
    {
        Debug.WriteLine(m.Msg.ToString());
        base.WndProc(ref m);
    }
}

WaitOne

在IAsyncResult里还有一个AsyncWaitHandle属性，这是一个WaitHandle类型的属性，这个对象有一个WaitOne方法，还能接受一个超时时间，它会等待这个超时时间指定的长度：

private int LongTimeMethod()
{
    Thread.Sleep(50 * 1000);
    return 10;
}
private void btnLongTime_Click(object sender, EventArgs e)
{
    Func<int> longTimeAction = new Func<int>(LongTimeMethod);
    IAsyncResult asynResult = longTimeAction.BeginInvoke(null, null);

    //可以继续处理别的事情

    if (asynResult.AsyncWaitHandle.WaitOne(10000, true))
    {
        int result = longTimeAction.EndInvoke(asynResult);
    }
}

上面的代码的意思就是，异步调用耗时操作后，继续干自己的事儿，然后干完自己的事儿再来等着一个信号，啥信号呢？就是这个耗时操作完成的信号。而且您还别让我等得太久，等久了我就不耐烦了（我可只等待10秒钟啊）。晕死，上面这耗时操作就要执行50秒钟，你就等10秒钟，这不是玩我吗（10秒钟时间过去了，这个WaitOne就不再等待了，线程将继续执行）。

回调

其实不管是上面使用轮询的方式还是使用WaitOne等待一个信号量，还是要等待。等待是个让人很恼火的事情。.Net考虑了这一点，为我们准备了回调的方式：你异步调用后继续干你的事儿，等你执行完后，你告我一声就ok了。

private void btnLongTime_Click(object sender, EventArgs e)
{
    Func<int> longTimeAction = new Func<int>(LongTimeMethod);
    //这里使用了一个lambda表达式，省了不少力啊
    IAsyncResult asynResult = longTimeAction.BeginInvoke((result) => {
        int ret = longTimeAction.EndInvoke(result);
    }, null);
}

当异步操作完成后，上面代码中用lambda表达式表示的一个回调方法就会执行，在这里调用EndInvoke获取耗时操作的结果。在这里想想为什么用lambda，如果不用lambda也不用匿名方法（不管你用啥，实际上就是形成一个闭包）你要怎么做？留作您自己思考。

更新UI

上面四种异步调用的方式：一种无声无息，一去不复返。一种轮询、一种等待，外加一个回调。实际上耗时操作的结果都让代码给“吃”了。一般情况下，我们处理完耗时操作总要有所表现吧，比如更新一下UI等等。那我们就来看看如何更新UI。

当你运行这个程序时，当耗时操作结束后，啪嚓一下，程序出异常了：

啊？为什么啊，为什么就不行啊。还不能从不是创建这个控件的线程中访问这个控件。那怎么办？看来我们的异步操作还得改进改进啊。

本系列其他文章

WinForm二三事（一）消息循环

WinForm二三事（一）补遗

WinForm二三事（二）异步操作

WinForm二三事（三）Control.Invoke&Control.BeginInvoke

WinForm二三事（四）界面布局（上）

WinForm二三事（四）界面布局（下）

WinForm二三事（五）实作

WinForm二三事（六）数据绑定

WinForm二三事（七）GDI+

WinForm二三事（八）开源项目

WinForm二三事（九）常用第三方控件库

WinForm二三事（十）漫谈