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c#异步调用

2024-07-30 05:19:45   223人阅读

首先来看一个简单的例子：

  1. 小明在烧水，等水烧开以后，将开水灌入热水瓶，然后开始整理家务
  2. 小文在烧水，在烧水的过程中整理家务，等水烧开以后，放下手中的家务活，将开水灌入热水瓶，然后继续整理家务

这也是日常生活中很常见的情形，小文的办事效率明显要高于小明。从C#程序执行的角度考虑，小明使用的同步处理方式，而小文则使用的异步处理方式。

同步处理方式下，事务是按顺序一件一件处理的；而异步方式则是，将子操作从主操作中分离出来，主操作继续进行，子操作在完成处理的时候通知主操作。

在C#中，异步通过委托来完成。请看下面的例子：

  1. class Program   
  2. {   
  3.     static TimeSpan Boil()   
  4.     {   
  5.         Console.WriteLine("水壶：开始烧水...");   
  6.         Thread.Sleep(6000);   
  7.         Console.WriteLine("水壶：水已经烧开了！");   
  8.         return TimeSpan.MinValue;   
  9.     }   
  10.   
  11.     delegate TimeSpan BoilingDelegate();   
  12.   
  13.     static void Main(string[] args)   
  14.     {   
  15.         Console.WriteLine("小文：将水壶放在炉子上");   
  16.         BoilingDelegate d = new BoilingDelegate(Boil);   
  17.         IAsyncResult result = d.BeginInvoke(BoilingFinishedCallback, null);   
  18.         Console.WriteLine("小文：开始整理家务...");   
  19.         for (int i = 0; i < 20; i++)   
  20.         {   
  21.             Console.WriteLine("小文：整理第{0}项家务...", i + 1);   
  22.             Thread.Sleep(1000);   
  23.         }   
  24.     }   
  25.   
  26.     static void BoilingFinishedCallback(IAsyncResult result)   
  27.     {   
  28.         AsyncResult asyncResult = (AsyncResult)result;   
  29.         BoilingDelegate del = (BoilingDelegate)asyncResult.AsyncDelegate;
  30.         del.EndInvoke(result);
  31.         Console.WriteLine("小文：将热水灌到热水瓶");   
  32.         Console.WriteLine("小文：继续整理家务");   
  33.            
  34.     }   
  35. }  

上面的例子是一个最简单的异步调用的例子，没有对异步调用函数做任何参数传递以及返回值校验。这个例子反映了小文烧水的流程，首先小文将水壶放在炉子上，在定义好委托以后，就使用BeginInvoke方法开始异步调用，即让水壶开始烧水，于是小文便开始整理家务。水烧开后，C#的异步模型会触发由BeginInvoke方法所指定的回调函数，也就是水烧开后的处理逻辑由这个回调函数定义，此时小文将水灌入热水瓶并继续整理家务。

由此可见，在C#中实现异步调用其实并不复杂，首先创建一个异步处理函数，并针对其定义一个委托；然后在调用函数的时候，使用委托的BeginInvoke方法，指定在函数处理完成时的回调函数（如果不需要对完成事件做处理，可以给null值），并指定所需的参数（如果没有参数，也可以给null值）；最后在回调函数中处理完成事件。

请注意上例回调函数中的EndInvoke调用，EndInvoke会使得调用线程阻塞，直到异步函数处理完成。显然，紧接在BeginInvoke后面的EndInvoke使用方式与同步调用等价。

 EndInvoke调用的返回值也就是异步处理函数的返回值。我们把程序稍作修改，将Boil方法改成下面的形式：

  1. static TimeSpan Boil()   
  2. {   
  3.     DateTime begin = DateTime.Now;   
  4.     Console.WriteLine("水壶：开始烧水...");   
  5.     Thread.Sleep(6000);   
  6.     Console.WriteLine("水壶：水已经烧开了！");   
  7.     return DateTime.Now - begin;   
  8. }   

然后将BoilingFinishedCallback改成下面的形式：

  1. static void BoilingFinishedCallback(IAsyncResult result)   
  2. {   
  3.     AsyncResult asyncResult = (AsyncResult)result;   
  4.     BoilingDelegate del = (BoilingDelegate)asyncResult.AsyncDelegate;   
  5.     Console.WriteLine("（烧水一共用去{0}时间）", del.EndInvoke(result));   
  6.     Console.WriteLine("小文：将热水灌到热水瓶");   
  7.     Console.WriteLine("小文：继续整理家务");   
  8. }   

那么我们就可以在EndInvoke的时候，获得由Boil异步处理函数返回的时间值。事实上，如果定义的BoilingDelegate委托存在参数列表，那么我们也可以在BeginInvoke的时候，将所需的参数传给异步处理函数。BeginInvoke/EndInvoke函数的签名与定义它们的委托签名有关。

注意：在修改后的BoilingFinishedCallback方法中，为了得到委托实例以便获取异步处理函数的返回值，我们采用了下面的转换：

  1. AsyncResult asyncResult = (AsyncResult)result;   
  2. BoilingDelegate del = (BoilingDelegate)asyncResult.AsyncDelegate;   

这样才能获得调用异步处理函数的委托的实体。

.NET处理异步函数调用，事实上是通过线程来完成的。这个过程有以下几个特点：

  • 异步函数由线程完成，这个线程是.NET线程池中的线程
  • 通常情况下，.NET线程池拥有500个线程（当然这个数量可以设置），每当调用BeginInvoke开始异步处理时，异步处理函数就由线程池中的某个线程负责执行，而用户无法控制具体是由哪个线程负责执行
  • 由于线程池中线程数量有限，因此当池中线程被完全占用时，新的调用请求将使函数不得不等待空余线程的出现。此时，程序的效率会有所影响

为了验证这些特点，请看下面的程序：

  1. class Program   
  2. {   
  3.     delegate void MethodInvoker();   
  4.   
  5.     static void Foo()   
  6.     {   
  7.         int intAvailableThreads, intAvailableIoAsynThreds;   
  8.   
  9.         ThreadPool.GetAvailableThreads(out intAvailableThreads,   
  10.                 out intAvailableIoAsynThreds);   
  11.   
  12.         string strMessage =   
  13.             String.Format(@"Is Thread Pool: {0},   
  14.         Thread Id: {1} Free Threads {2}",   
  15.                 Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread.ToString(),   
  16.                 Thread.CurrentThread.GetHashCode(),   
  17.                 intAvailableThreads);   
  18.   
  19.         Console.WriteLine(strMessage);   
  20.   
  21.         Thread.Sleep(10000);   
  22.   
  23.         return;   
  24.     }   
  25.   
  26.     static void CallFoo()   
  27.     {   
  28.         MethodInvoker simpleDelegate =   
  29.             new MethodInvoker(Foo);   
  30.   
  31.         for (int i = 0; i < 15; i++)   
  32.         {   
  33.             simpleDelegate.BeginInvoke(null, null);   
  34.         }   
  35.     }   
  36.   
  37.     static void Main(string[] args)   
  38.     {   
  39.         ThreadPool.SetMaxThreads(10, 10);   
  40.         CallFoo();   
  41.         Console.ReadLine();   
  42.     }   
  43. }   

这个程序在起始的时候将线程池中最大线程个数设置为10个，然后做15次异步调用，每个异步调用中都停留10秒钟当作处理本身所要消耗的时间。从程序的执行我们可以看到，当前10个异步调用完全开始以后，新的异步调用就会等待（注意：不是主线程在等待），直到线程池中有线程空闲出来。

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