C#中的异步调用及异步设计模式(一)

近期项目中使用了不少异步操作，关于“异步”做个总结。总结的内容大部分都来自于MSDN，还有一些自己的心得。

关于“异步”的使用可分为：使用层面和类库设计层面，细分如下：

一、使用异步方式调用同步方法（使用层面）。

二、使用 IAsyncResult 调用异步方法（使用层面）。

三、基于 IAsyncResult 的异步设计模式（设计层面）。

四、基于事件的异步模式（设计层面）。

关于上述异步编程的几个方面，下面分别做以详述。

一、使用异步方式调用同步方法（使用层面）

.NET Framework 允许您异步调用任何方法。为此，应定义与您要调用的方法具有相同签名的委托；公共语言运行库会自动使用适当的签名为该委托定义 BeginInvoke 和 EndInvoke 方法。BeginInvoke 方法可启动异步调用，EndInvoke 方法检索异步调用的结果。调用 BeginInvoke 后可随时调用 EndInvoke 方法；如果异步调用尚未完成，EndInvoke 将一直阻止调用线程，直到异步调用完成后才允许调用线程执行。

该调用方式是使用委托进行异步调用，其实质是：调用“BeginInvoke”方法，公共语言运行库 (CLR) 将对请求进行排队并立即返回到调用方。将对来自线程池的线程调用该目标方法。提交请求的原始线程自由地继续与目标方法并行执行，该目标方法是在线程池线程运行的。

在异步调用启动后，在等待异步调用结果的时候，可以进行以下四种方法。

·                     进行某些操作，然后调用 EndInvoke 一直阻止到调用完成。

1. using System;
2. using System.Threading;
3. namespace Examples.AdvancedProgramming.AsynchronousOperations
4. {
5. public class AsyncMain
6. {
7. public static void Main()
8. {
9. // The asynchronous method puts the thread id here.
10. int threadId;
11. // Create an instance of the test class.
12. AsyncDemo ad = new AsyncDemo();
13. // Create the delegate.
14. AsyncMethodCaller caller = new AsyncMethodCaller(ad.TestMethod);
15. // Initiate the asychronous call.
16. IAsyncResult result = caller.BeginInvoke(3000,
17. out threadId, null, null);
18. Thread.Sleep(0);
19. Console.WriteLine("Main thread {0} does some work.",
20. Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
21. // 调用此方法将会一直等待异步操作完成，并阻塞当前线程。
22. string returnValue = caller.EndInvoke(out threadId, result);
23. Console.WriteLine("The call executed on thread {0}, with return value \"{1}\".",
24. threadId, returnValue);
25. }
26. }
27. }

·                     进行某些操作，然后使用
IAsyncResult..::.AsyncWaitHandle 属性获取 WaitHandle，使用它的 WaitOne
方法(该方法可以设置一个超时时间)一直阻止执行直到发出 WaitHandle 信号，然后调用 EndInvoke。

1. using System;
2. using System.Threading;
3. namespace Examples.AdvancedProgramming.AsynchronousOperations
4. {
5. public class AsyncMain
6. {
7. static void Main()
8. {
9. // The asynchronous method puts the thread id here.
10. int threadId;
11. // Create an instance of the test class.
12. AsyncDemo ad = new AsyncDemo();
13. // Create the delegate.
14. AsyncMethodCaller caller = new AsyncMethodCaller(ad.TestMethod);
15. // Initiate the asychronous call.
16. IAsyncResult result = caller.BeginInvoke(3000,
17. out threadId, null, null);
18. Thread.Sleep(0);
19. Console.WriteLine("Main thread {0} does some work.",
20. Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
21. // 调用此方法将会一直等待异步操作完成，并阻塞当前线程。
22. result.AsyncWaitHandle.WaitOne();
23. // Perform additional processing here.
24. // Call EndInvoke to retrieve the results.
25. string returnValue = caller.EndInvoke(out threadId, result);
26. Console.WriteLine("The call executed on thread {0}, with return value \"{1}\".",
27. threadId, returnValue);
28. }
29. }
30. }

·                     进行某些操作，然后轮询由 BeginInvoke 返回的 IAsyncResult，确定异步调用何时完成，然后调用 EndInvoke。

1. using System;
2. using System.Threading;
3. namespace Examples.AdvancedProgramming.AsynchronousOperations
4. {
5. public class AsyncMain
6. {
7. static void Main()
8. {
9. // The asynchronous method puts the thread id here.
10. int threadId;
11. // Create an instance of the test class.
12. AsyncDemo ad = new AsyncDemo();
13. // Create the delegate.
14. AsyncMethodCaller caller = new AsyncMethodCaller(ad.TestMethod);
15. // Initiate the asychronous call.
16. IAsyncResult result = caller.BeginInvoke(3000,
17. out threadId, null, null);
18. // 等待结果返回
19. while (result.IsCompleted == false)
20. {
21. Thread.Sleep(10);
22. }
23. // Call EndInvoke to retrieve the results.
24. string returnValue = caller.EndInvoke(out threadId, result);
25. Console.WriteLine("The call executed on thread {0}, with return value \"{1}\".",
26. threadId, returnValue);
27. }
28. }
29. }

·                     将用于回调方法的委托传递给 BeginInvoke。异步调用完成后，将在 ThreadPool 线程上执行该方法。该回调方法将调用 EndInvoke。注意：该回调函数的执行是在另外一个线程上。

1. using System;
2. using System.Threading;
3. namespace Examples.AdvancedProgramming.AsynchronousOperations
4. {
5. public class AsyncMain
6. {
7. // Asynchronous method puts the thread id here.
8. private static int threadId;
9. static void Main() {
10. // Create an instance of the test class.
11. AsyncDemo ad = new AsyncDemo();
12. // Create the delegate.
13. AsyncMethodCaller caller = new AsyncMethodCaller(ad.TestMethod);
14. // Initiate the asychronous call.  Include an AsyncCallback
15. // delegate representing the callback method, and the data
16. // needed to call EndInvoke.
17. IAsyncResult result = caller.BeginInvoke(3000,
18. out threadId,
19. new AsyncCallback(CallbackMethod),
20. caller );
21. Console.WriteLine("Press Enter to close application.");
22. Console.ReadLine();
23. }
24. // Callback method must have the same signature as the
25. // AsyncCallback delegate.
26. static void CallbackMethod(IAsyncResult ar)
27. {
28. // Retrieve the delegate.
29. AsyncMethodCaller caller = (AsyncMethodCaller) ar.AsyncState;
30. // Call EndInvoke to retrieve the results.
31. string returnValue = caller.EndInvoke(out threadId, ar);
32. Console.WriteLine("The call executed on thread {0}, with return value \"{1}\".",
33. threadId, returnValue);
34. }
35. }
36. }

二、使用 IAsyncResult 调用异步方法（使用层面）

.NET Framework 的许多方面都支持异步编程功能，这些方面包括：

·                     文件 IO、流 IO、套接字 IO。

·                     网络。

·                     远程处理信道（HTTP、TCP）和代理。

·                     使用 ASP.NET 创建的 XML Web services。

·                     ASP.NET Web 窗体。

·                     使用 MessageQueue 类的消息队列。

这些已经实现了异步操作的类或组件，可以直接调用其异步方法（以Begin和End开头）。调用异步方法后等待结果可以参考“异步调用同步方法”的处理。

三、基于 IAsyncResult 的异步设计模式（设计层面）

待续...