谈.Net委托与线程——创建无阻塞的异步调用(二)

了解IAsyncResult

         现在我们已经了解，EndInvoke可以给我们提供传出参数与更新后的ref参数；也可以向我们导出异步函数中的异常信息。例如，我们使用BeginInvoke调用了异步函数Sleep，它开始执行。之后调用EndInvoke，可以获取Sleep何时执行完成。但如果我们在Sleep执行完成20分钟后，才去调用EndInvoke呢？EndInvoke仍然会给我们提供传出值及异步中的异常(假如产生了异常)，那么这些信息到底存储在哪里？EndInvoke如何在函数执行如此久之后仍然能够调用这些返回值？答案就在于IAsyncResult对象。EndInvoke每次在执行后，都会调用一个该对象作为参数，它包括以下信息：

●  异步函数是否已经完成

●  对调用了BeginInvoke方法的委托的引用

●  所有的传出参数及它们的值

●  所有的ref参数及它们的更新值

●  函数的返回值

●  异步函数产生的异常

IAsyncResult看起来空无一物，这是因为它仅仅是一个包含了若干属性的接口；而实际上，它是一个System.Runtime.Remoting.Messaging.AsyncResult对象。

如果我们在编译器运行期间监视tag的状态，就会发现，AsyncResult对象下包含类型为System.Runtime.Remoting.Messaging.ReturnMessage的对象。点开它，就会发现这个标签中包含的所有的异步函数的执行信息！

使用Callback委托：好莱坞原则”不要联系我，我会联系你”

目前为止，我们需要了解如何传递参数、如何捕捉异常；了解我们的异步方法其实是执行在线程池中的某个具体线程对象中。唯一未涉及到的就是如何在异步函数执行完成后得到通知。毕竟，阻塞调用线程等待函数结束的做法始终差强人意。为了实现这个目的，我们必须为BeginInvoke函数提供一个Callback委托。观察一下两个函数：

private void CallSleepWithoutOutAndRefParameterWithCallback()
{
    // 创建几个参数
    string strParam = "Param1";
    int intValue = 100;
    ArrayList list = new ArrayList();
    list.Add("Item1");

    // 创建委托对象
    DelegateWithParameters delSleep = new DelegateWithParameters(FuncWithParameters);

    delSleep.BeginInvoke(out intValue, strParam, ref list, new AsyncCallback(CallBack), null);
}

private void CallBack(IAsyncResult tag)
{
    // 我们的int参数标记了out，因此此处不能定义初始值
    int intOutputValue;
    ArrayList list = null;

    // IAsyncResult实际上就是AsyncResult对象，取得它也就可以从中取得用于调用函数的委托对象
    AsyncResult result = (AsyncResult)tag;

    // 取得委托
    DelegateWithParameters del = (DelegateWithParameters)result.AsyncDelegate;

    // 取得委托后，我们需要在其上执行EndInvoke。这样就可以取得函数中的执行结果。
    string strReturnValue = del.EndInvoke(out intOutputValue, ref list, tag);

    Trace.WriteLine(strReturnValue);
}

在这里，我们向BeginInvoke传递了Callback回调函数。这样.NET就可以在FuncWithParameters()执行完后调用Callback函数。在之前，我们已经了解到，必须使用EndInvoke来取得函数的执行结果，注意上面为了使用EndInvoke，我们使用了一些特殊操作来取得delegate对象。

// IAsyncResult实际上就是AsyncResult对象，取得它也就可以从中取得用于调用函数的委托对象
AsyncResult result = (AsyncResult)tag;

// 取得委托
DelegateWithParameters del = (DelegateWithParameters)result.AsyncDelegate;

最后一个问题：回调函数执行在什么线程？

总而言之，Callback函数(回调函数)是.NET通过我们的委托对象来实现调用的。我们可能会希望得到一个更清晰的画面：回调函数究竟执行在那个线程？为了达到这个目的：我们在函数中加入线程日志。

private string FuncWithParameters(out int param1, string param2, ref ArrayList param3)
{
    // 记录线程信息
    Trace.WriteLine("In FuncWithParameters: Thread Pool? "
        + Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread.ToString()
        + " Thread Id: " + Thread.CurrentThread.GetHashCode());
    // 模拟线程在这里执行了耗时较长的任务
    Thread.Sleep(4000);
    // 我们在这里改变参数值
    param1 = 300;
    param2 = "hello";
    param3 = new ArrayList();
    // 这里执行一些耗时较长的工作
    Thread.Sleep(3000);
    return "thank you for reading me";
}

private void CallBack(IAsyncResult tag)
{
    // 回调函数在什么线程执行？
    Trace.WriteLine("In Callback: Thread Pool? "
        + Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread.ToString()
        + " Thread Id: " + Thread.CurrentThread.GetHashCode());
    // 我们的int参数标记了out，因此此处不能定义初始值
    int intOutputValue;
    ArrayList list = null;
    // IAsyncResult实际上就是AsyncResult对象，取得它也就可以从中取得用于调用函数的委托对象
    AsyncResult result = (AsyncResult)tag;
    // 取得委托
    DelegateWithParameters del = (DelegateWithParameters)result.AsyncDelegate;
    // 取得委托后，我们需要在其上执行EndInvoke。这样就可以取得函数中的执行结果。
    string strReturnValue = del.EndInvoke(out intOutputValue, ref list, tag);
    Trace.WriteLine(strReturnValue);
}

我将CallSleepWithoutOutAndRefParameterWithCallback()函数放在某个窗体按钮的单击事件中，并且连续点击三次，将得到这样的执行结果：

 

注意FuncWithParameter函数被连续执行了3次，它们依次被执行在相互独立的线程上，并且这些线程来自于线程池。而他们各自的回调函数也执行在与FuncWithParameter相同的线程中。线程11执行了FuncWithParameter，3秒后，它的回调函数也执行在线程11中，线程12、13也是同样。这样，我们可以认为回调函数实际上是异步函数的一种延续。

为什么要这样做？也许是因为这样我们就不必过多的耗费线程池中的线程，达到线程复用的效果；通过执行在相同的线程，也可以避免不同的线程间传递上下文环境带来的损耗问题。

到此为止，我们在Form中执行异步函数，将会得到一个完全不堵塞主线程的异步调用，这就是我们所希望的效果！

应用场景模拟

现在我们了解了BeginInvoke、EndInvoke、Callback的使用及特点，如何将他们运用到我们的Win Form程序中，使数据的获取不再阻塞UI线程，实现异步加载数据的效果？我们现在通过一个具体实例来加以说明。

场景描述：将系统的操作日志从数据库中查询出来，并且加载到前端的ListBox控件中。

要求：查询数据库的过程是个时间复杂度较高的作业，但我们的窗体在执行查询时，不允许出现”假死”的情况。

private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
    GetLogDelegate getLogDel = new GetLogDelegate(GetLogs);
    getLogDel.BeginInvoke(new AsyncCallback(LogTableCallBack), null);
}

public delegate DataTable GetLogDelegate();

/// <summary>
/// 从数据库中获取操作日志，该操作耗费时间较长，且返回数据量较大，日志记录可能超过万条。
/// </summary>
private DataTable GetLogs()
{
    string sql = "select * from ***";
    DataSet ds = new DataSet();
    using (OracleConnection cn = new OracleConnection(connectionString))
    {
        cn.Open();
        OracleCommand cmd = new OracleCommand(sql, cn);
        OracleDataAdapter adapter = new OracleDataAdapter(cmd);
        adapter.Fill(ds);
    }
    return ds.Tables[0];
}

/// <summary>
/// 绑定日志到ListBox控件。
/// </summary>
/// <param name="tag"></param>
private void LogTableCallBack(IAsyncResult tag)
{
    AsyncResult result = (AsyncResult)tag;
    GetLogDelegate del = (GetLogDelegate)result.AsyncDelegate;
    DataTable logTable = del.EndInvoke(tag);
    if (this.listBox1.InvokeRequired)
    {
        this.listBox1.Invoke(new MethodInvoker(delegate(){BindLog(logTable);}));
    }
    else
    {
        BindLog(logTable);
    }
}

private void BindLog(DataTable logTable)
{
    this.listBox1.DataSource = logTable;
}

以上代码在获取数据时，将不会带来任何UI线程的阻塞。

总结：

写下本文的主要目的在于总结以非阻塞模式调用函数的方法，我们应当了解以下结论；

●  Delegate会对BeginInvoke与EndInvoke的调用生成正确的参数，所有的传出参数、返回值与异常都可以在EndInvoke中取得。

●  不要忘记BeginInvoke是取自线程池中的线程，要注意防止异步任务的数量超过了线程池的线程上限值。

●  CallBack委托表示对与异步任务的回调，它将使我们从阻塞的困扰中彻底解脱。

●  截止到目前为止，UI线程在处理异步工作时将不再阻塞，而只有在更新UI具体内容时才会发生阻塞。

问题

我们将发现，一旦数据量较大，我们的UI线程在装载这些数据到控件的时候，依然会发生”假死”的情况。这是正常的，因为我们只保证了获取数据与UI线程的独立性，并没有保证更新UI带来的线程忙碌问题，”假死”正是UI线程忙碌带来的一个用户感受，如何避免这种情况，下文继续介绍。