如何實(shí)現(xiàn)C#異步的APM模式異步程序開發(fā)

如何實(shí)現(xiàn)C#異步的APM模式異步程序開發(fā)？針對(duì)這個(gè)問題，這篇文章詳細(xì)介紹了相對(duì)應(yīng)的分析和解答，希望可以幫助更多想解決這個(gè)問題的小伙伴找到更簡(jiǎn)單易行的方法。

C#已有10多年歷史，單從微軟2年一版的更新進(jìn)度來(lái)看活力異常旺盛，C#中的異步編程也經(jīng)歷了多個(gè)版本的演化，從今天起著手寫一個(gè)系列博文，記錄一下C#中的異步編程的發(fā)展歷程。

我是2004年接觸并使用C#的，那時(shí)C#版本為1.1，所以我們就從就那個(gè)時(shí)候談起。那時(shí)在大學(xué)里自己看書寫程序，所寫的程序大都是同步程序，最多啟動(dòng)個(gè)線程........其實(shí)在C#1.1的時(shí)代已有完整的異步編程解決方案，那就是APM（異步編程模型）。如果還有不了解“同步程序、異步程序”的請(qǐng)自行百度哦。

APM異步編程模型最具代表性的特點(diǎn)是：一個(gè)異步功能由以Begin開頭、End開頭的兩個(gè)方法組成。Begin開頭的方法表示啟動(dòng)異步功能的執(zhí)行，End開頭的方法表示等待異步功能執(zhí)行結(jié)束并返回執(zhí)行結(jié)果。下面是一個(gè)模擬的實(shí)現(xiàn)方式（后面將編寫標(biāo)準(zhǔn)的APM模型異步實(shí)現(xiàn)）：

public class Worker
    {        
    public int A { get; set; }        
    public int B { get; set; }        
    private int R { get; set; }
        ManualResetEvent et;        
        public void BeginWork(Action action)
        {
            et = new ManualResetEvent(false);            
            new Thread(() =>
            {
                R = A + B;
                Thread.Sleep(1000);
                et.Set();                
                if(null != action)
                {
                    action();
                }
            }).Start();
        }        public int EndWork()
        {            if(null == et)
            {                t
            hrow new Exception("調(diào)用EndWork前，需要先調(diào)用BeginWork");
            }            
            else
            {
                et.WaitOne();                
                return R;
            }

        } 
    }

        static void Main(string[] args)
        {
           Worker w = new Worker();
            w.BeginWork(()=> {
                Console.WriteLine("Thread Id:{0},Count:{1}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId,
                    w.EndWork());
            });
            Console.WriteLine("Thread Id:{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            Console.ReadLine();
        }

在上面的模擬APM模型中我們使用了 Thread、ManualResetEvent，如果你對(duì)多線程和ManualResetEvent不熟悉C#中使用異步編程不可避免的會(huì)涉及到多線程的知識(shí)，雖然微軟在Framework中做了很多封裝，但朋友們應(yīng)該掌握其本質(zhì)。

上面模擬的APM異步模型之所以簡(jiǎn)單，是因?yàn)镃#發(fā)展過(guò)程中引入了很多優(yōu)秀的語(yǔ)法規(guī)則。上例我們較多的使用了Lambda表達(dá)式，如果你不熟悉 匿名委托與lambda表達(dá)式可看我之前的Bolg《匿名委托與Lambda表達(dá)式》。上面做了如此多的廣告，下面我們來(lái)看一下標(biāo)準(zhǔn)的APM模型如何實(shí)現(xiàn)異步編程。

IAsyncResult接口

IAsyncResult接口定義了異步功能的狀態(tài)，該接口具體屬性及含義如下：

   //     表示異步操作的狀態(tài)。
    [ComVisible(true)]    public interface IAsyncResult
    {        //
        // 摘要:        //     獲取一個(gè)值，該值指示異步操作是否已完成。        //
        // 返回結(jié)果:        //     如果操作已完成，則為 true；否則為 false。
        bool IsCompleted { get; }        //
        // 摘要:        //     獲取用于等待異步操作完成的 System.Threading.WaitHandle。        //
        // 返回結(jié)果:        //     用于等待異步操作完成的 System.Threading.WaitHandle。
        WaitHandle AsyncWaitHandle { get; }        //
        // 摘要:        //     獲取一個(gè)用戶定義的對(duì)象，該對(duì)象限定或包含有關(guān)異步操作的信息。        //
        // 返回結(jié)果:        //     一個(gè)用戶定義的對(duì)象，限定或包含有關(guān)異步操作的信息。
        object AsyncState { get; }        //
        // 摘要:        //     獲取一個(gè)值，該值指示異步操作是否同步完成。        //
        // 返回結(jié)果:        //     如果異步操作同步完成，則為 true；否則為 false。
        bool CompletedSynchronously { get; }
    }

注意：模型示例1中的 ManualResetEvent 繼承自 WaitHandle
APM傳說(shuō)實(shí)現(xiàn)方式
在了解了IAsyncResult接口后，我們來(lái)通過(guò)實(shí)現(xiàn) IAsyncResult 接口的方式完成對(duì)模擬示例的改寫工作，代碼如下：

    public class NewWorker
    {        public class WorkerAsyncResult : IAsyncResult
        {
            AsyncCallback callback;            
            public WorkerAsyncResult(int a,int b, AsyncCallback callback, object asyncState) {
                A = a;
                B = b;
                state = asyncState;                
                this.callback = callback;                
                new Thread(Count).Start(this);
            }            
            public int A { get; set; }            
            public int B { get; set; }            
            public int R { get; private set; }            
            private object state;            
            public object AsyncState
            {                
            get
                {                    
                return state;
                }
            }            
            private ManualResetEvent waitHandle;            
            public WaitHandle AsyncWaitHandle
            {                
            get
                {                    
                if (null == waitHandle)
                    {
                        waitHandle = new ManualResetEvent(false);
                    }                    
                    return waitHandle;
                }
            }            private bool completedSynchronously;            
            public bool CompletedSynchronously
            {                get
                {                    
                return completedSynchronously;
                }
            }            
            private bool isCompleted;            
            public bool IsCompleted
            {                
            get
                {                    
                return isCompleted;
                }
            }            
            private static void Count(object state)
            {                
            var result = state as WorkerAsyncResult;
                result.R = result.A + result.B;
                Thread.Sleep(1000);
                result.completedSynchronously = false;
                result.isCompleted = true;
                ((ManualResetEvent)result.AsyncWaitHandle).Set();                
                if (result.callback != null)
                {
                    result.callback(result);
                }
            }
        }        
        public int Num1 { get; set; }        
        public int Num2 { get; set; }        
        public IAsyncResult BeginWork(AsyncCallback userCallback, object asyncState)
        {
            IAsyncResult result = new WorkerAsyncResult(Num1,Num2,userCallback, asyncState);            
            return result;
        }        public int EndWork(IAsyncResult result)
        {
            WorkerAsyncResult r = result as WorkerAsyncResult;
            r.AsyncWaitHandle.WaitOne();            return r.R;
        }
    }

示例代碼分析：

上面代碼中NewWorker的內(nèi)部類 WorkerAsyncResult 是關(guān)鍵點(diǎn)，它實(shí)現(xiàn)了 IAsyncResult 接口并由它來(lái)負(fù)責(zé)開啟新線程完成計(jì)算工作。

在WorkerAsyncResult中增加了 A、B兩個(gè)私有屬性來(lái)存儲(chǔ)用于計(jì)算的數(shù)值，一個(gè)對(duì)外可讀不可寫的屬性R，用于存儲(chǔ)WorkerAsyncResult內(nèi)部運(yùn)算的結(jié)果。AsyncWaitHandle屬性由 ManualResetEvent 來(lái)充當(dāng)，并在首次訪問時(shí)創(chuàng)建ManualResetEvent（但不釋放）。其他接口屬性正常實(shí)現(xiàn)，沒有什么可說(shuō)。

WorkerAsyncResult 中新增 static Count 方法，參數(shù) state 為調(diào)用Count方法的當(dāng)前WorkerAsyncResult對(duì)象。Count 方法在 WorkerAsyncResult 對(duì)象的新啟線程中運(yùn)行，因此Thread.Sleep(1000)將阻塞新線程1秒中。然后設(shè)置當(dāng)前WorkerAsyncResult對(duì)象是否同步完成為false，異步完成狀態(tài)為true，釋放ManualResetEvent通知以便等待線程獲取通知進(jìn)入執(zhí)行狀態(tài)，判斷是否有異步執(zhí)行結(jié)束回調(diào)委托，存在則回調(diào)之。

NewWorker 非常簡(jiǎn)單，Num1、Num2兩個(gè)屬性為要計(jì)算的數(shù)值。BeginWork 創(chuàng)建WorkerAsyncResult對(duì)象、并將要計(jì)算的兩個(gè)數(shù)值Num1、Num2、userCallback回調(diào)委托、object 類型的 asyncState 傳入要?jiǎng)?chuàng)建的WorkerAsyncResult對(duì)象。經(jīng)過(guò)此步操作，WorkerAsyncResult對(duì)象獲取了運(yùn)算所需的所有數(shù)據(jù)、運(yùn)算完成后的回調(diào)，并馬上啟動(dòng)新線程進(jìn)行運(yùn)算（執(zhí)行WorkerAsyncResult.Count方法）。

因?yàn)閃orkerAsyncResult.Count執(zhí)行在新線程中，在該線程外部無(wú)法準(zhǔn)確獲知新線程的狀態(tài)。為了滿足外部線程與新線程同步的需求，在NewWorker中增加EndWork方法，參數(shù)類型為IAsyncResult。要調(diào)用EndWork方法應(yīng)傳入BeginWork 獲取的WorkerAsyncResult對(duì)象，EndWork方法獲取WorkerAsyncResult對(duì)象后，調(diào)用WorkerAsyncResult.AsyncWaitHandle.WaitOne()方法，等待獲取ManualResetEvent通知，在獲取到通知時(shí)運(yùn)算線程已運(yùn)算結(jié)束（線程并未結(jié)束），下一步獲取運(yùn)算結(jié)果R并返回。

接下來(lái)是NewWorker調(diào)用程序，如下：

        static void Main(string[] args)
        {
            NewWorker w2 = new NewWorker();
            w2.Num1 = 10;
            w2.Num2 = 12;
            IAsyncResult r = null;
            r = w2.BeginWork((obj) => {
            Console.WriteLine("Thread Id:{0},Count:{1}",Thread.CurrentThread.ManagedThreadId,
            w2.EndWork(r));
            }, null);
            Console.WriteLine("Thread Id:{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            Console.ReadLine();
        }

下圖我簡(jiǎn)單畫的程序調(diào)用過(guò)程，有助于各位朋友理解：

標(biāo)準(zhǔn)的APM模型異步編程，對(duì)應(yīng)開發(fā)人員來(lái)說(shuō)過(guò)于復(fù)雜。因此通過(guò)實(shí)現(xiàn) IAsyncResult 接口進(jìn)行異步編程，就是傳說(shuō)中的中看不中用（罪過(guò)罪過(guò).....）。

Delegate異步編程（APM 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)）

C#中委托天生支持異步調(diào)用（APM模型），任何委托對(duì)象后"."就會(huì)發(fā)現(xiàn)BeginInvoke、EndInvoke、Invoke三個(gè)方法。BeginInvoke為異步方式調(diào)用委托、EndInvoke等待委托的異步調(diào)用結(jié)束、Invoke同步方式調(diào)用委托。因此上面的標(biāo)準(zhǔn)APM實(shí)例，可借助  delegate 進(jìn)行如下簡(jiǎn)化。

上面NewWorker使用委托方式改寫如下：

    public class NewWorker2
    {
        Func<int, int, int> action;        public NewWorker2()
        {
            action = new Func<int, int, int>(Work);
        }        public IAsyncResult BeginWork(AsyncCallback callback, object state)
        {            dynamic obj = state;            return action.BeginInvoke(obj.A, obj.B, callback, this);
        }        public int EndWork(IAsyncResult asyncResult)
        {            try
            {                return action.EndInvoke(asyncResult);
            }            catch (Exception ex)
            {                throw ex;
            }
        }        private int Work(int a, int b)
        {
            Thread.Sleep(1000);            return a + b;
        }
    }

調(diào)用程序：

        static void Main(string[] args)
        {
            NewWorker2 w2 = new NewWorker2();
            IAsyncResult r = null;
            r = w2.BeginWork((obj) =>
            {
                Console.WriteLine("Thread Id:{0},Count:{1}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId,
                    w2.EndWork(r));
            }, new { A = 10, B = 11 });
            Console.WriteLine("Thread Id:{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);

            Console.ReadLine();
        }

上面的使用委托進(jìn)行APM異步編程，比實(shí)現(xiàn) IAsyncResult 接口的方式精簡(jiǎn)太多、更易理解使用。因此這里建議朋友們 delegate 異步調(diào)用模型應(yīng)該掌握起來(lái)，而通過(guò)實(shí)現(xiàn) IAsyncResult 

關(guān)于如何實(shí)現(xiàn)C#異步的APM模式異步程序開發(fā)問題的解答就分享到這里了，希望以上內(nèi)容可以對(duì)大家有一定的幫助，如果你還有很多疑惑沒有解開，可以關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道了解更多相關(guān)知識(shí)。