基于.NET平臺(tái)的異步編程實(shí)現(xiàn)

引言

異步操作通常用于執(zhí)行完成時(shí)間可能較長(zhǎng)的任務(wù)，如打開(kāi)大文件、連接遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)或查詢數(shù)據(jù)庫(kù)。異步操作在主應(yīng)用程序線程以外的線程中執(zhí)行。應(yīng)用程序調(diào)用方法異步執(zhí)行某個(gè)操作時(shí)，應(yīng)用程序可在異步方法執(zhí)行其任務(wù)時(shí)繼續(xù)執(zhí)行。.NET平臺(tái)為異步操作提供兩種設(shè)計(jì)模式：基于lAsyncResult對(duì)象的異步操作和基于事件的異步操作。IAsyncResult設(shè)計(jì)模式允許多種編程模型，但復(fù)雜不易學(xué)習(xí)；而基于事件的異步模式可實(shí)現(xiàn)那些同時(shí)執(zhí)行多項(xiàng)任務(wù)，但仍能響應(yīng)用戶交互的應(yīng)用程序通常需要實(shí)施一種使用多線程的設(shè)計(jì)方案。System.Threading命名空間提供了創(chuàng)建高性能多線程應(yīng)用程序所必需的所有工具，但要想有效地使用這些工具，需要有豐富的使用多線程軟件工程的經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于相對(duì)簡(jiǎn)單的多線程應(yīng)用程序,Backgroundworker組件提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方案。對(duì)于更復(fù)雜的異步應(yīng)用程序，還需考慮實(shí)現(xiàn)一個(gè)符合基于事件的異步模式的類。

1異步編程優(yōu)點(diǎn)分析

當(dāng)在計(jì)算機(jī)上玩問(wèn)答游戲時(shí)，準(zhǔn)備回答時(shí)屏幕上有一個(gè)計(jì)時(shí)器會(huì)顯示剩余時(shí)間。其實(shí)程序執(zhí)行了兩個(gè)任務(wù)，回答問(wèn)題和顯示時(shí)間。這種操作就屬于異步編程，異步編程允許用戶同時(shí)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)，因?yàn)樗谟?jì)算機(jī)執(zhí)行一個(gè)需要花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間才能完成的任務(wù)的同時(shí)允許用戶執(zhí)行其他任務(wù)。異步編程通過(guò)使用多線程技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

多線程是操作系統(tǒng)能夠同時(shí)執(zhí)行稱為線程的一個(gè)程序的多個(gè)部分的能力。編程人員需要以某種適當(dāng)?shù)姆绞絹?lái)協(xié)調(diào)多個(gè)線程，使得所有線程可以同時(shí)運(yùn)行并且互不干擾。

基于事件的異步模式具有多線程應(yīng)用程序的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)隱匿了多線程設(shè)計(jì)中固有的許多復(fù)雜問(wèn)題。使用支持此模式的類，能夠:

（1）在后臺(tái)執(zhí)行耗時(shí)任務(wù)（例如下載和數(shù)據(jù)庫(kù)操作），但不會(huì)中斷應(yīng)用程序。

（2）同時(shí)執(zhí)行多個(gè)操作，每個(gè)操作完成時(shí)都會(huì)接到通知。

（3）等待資源變得可用，但不會(huì)停止（“掛起”）您的應(yīng)用程序。

使用熟悉的事件和委托模型與掛起的異步操作通信。支持基于事件的異步模式的類將有一個(gè)或多個(gè)名為MethodNameAsync的方法。這些方法可能會(huì)創(chuàng)建同步版本的鏡像，這些同步版本會(huì)在當(dāng)前線程上執(zhí)行相同的操作。此類還可能有一個(gè)MethodNameCompleted事件，而且它可能會(huì)有—個(gè)MethodNameAsyncCancel(或只是CancelAsync)方法。2Backgroundworker組件介紹

Backgroundworker組件提供的多種方法和事件允許同時(shí)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)。換言之，BackgroundWorker組件有助于實(shí)現(xiàn)異步編程。為了使用BackgroundWorker組件，務(wù)必要指出必須在后臺(tái)執(zhí)行的方法，然后調(diào)用RunWorkerAsync()方法。主調(diào)線程繼續(xù)正常運(yùn)行，同時(shí)異步地執(zhí)行工作方法。在結(jié)束工作方法之后，BackgroundWorker組件通過(guò)激活RunWorkerCompleted事件來(lái)通知主調(diào)線程。RunWorkerAsync()方法用來(lái)啟動(dòng)一個(gè)異步操作。BackGroundWorker類有一個(gè)可以在DoWork事件處理程序中調(diào)用的DoWork事件。DoWork事件接受一個(gè)DoWorkEventArgs參數(shù)(擁有Argument屬性)，Argument屬性接受來(lái)自RunWorkerAsync()方法的參數(shù)并且傳遞給將在DoWorker事件處理程序中調(diào)用的工作方法。

3創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的應(yīng)用程序用于實(shí)現(xiàn)異步編程

現(xiàn)在以在計(jì)算1到n(double數(shù)據(jù)類型)的累加和等待的間隙去加載一張圖片為例來(lái)進(jìn)行分析。

由于計(jì)算1+^+1000000000的累加和需要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間，那么，在鼠標(biāo)處于等待狀態(tài)的同時(shí)，可以使求和函數(shù)在后臺(tái)操作，然后去加載一張圖片。這樣，加載圖片與求和兩個(gè)任務(wù)將同時(shí)執(zhí)行，因而需要實(shí)現(xiàn)異步編程。其中，privatedoubleSumNumbers(doublenumber,System.ComponentModel.BackgroundWorkerworker,DoWorkEventArgse)函數(shù)用于計(jì)算累加和，privatevoidbtnLoadPicture_Click(objectsender,EventArgse)事件用于加載圖片，privatevoidupdateProgress(intpercentComplete)函數(shù)來(lái)更新進(jìn)度條，privatevoidbackgroundWorker1_ProgressChanged(objectsender,ProgressChangedEventArgse)事件用于顯示進(jìn)度條上的值，privatevoidbtnAsync_Click(objectsender,EventArgse)事件會(huì)使求和運(yùn)算在后臺(tái)操作，privatevoidbackgroundWorker1_DoWork(objectsender,DoWorkEventArgse)用于執(zhí)行后臺(tái)操作，privatevoidbackgroundWorker1_RunWorkerCompleted(objectsender,RunWorkerCompletedEventArgse)事件用于報(bào)告后臺(tái)執(zhí)行情況。其實(shí)現(xiàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1  加載圖片并顯示累加和的結(jié)果

4結(jié)語(yǔ)

異步編程具有在多處理器系統(tǒng)中開(kāi)發(fā)程序的并行性。該方法在等待慢速外設(shè)I/O操作結(jié)束的同時(shí)，程序可以執(zhí)行其他計(jì)算，因而可為程序的并發(fā)提供更有效、更自然的開(kāi)發(fā)方式。異步編程是一種模塊化編程模型，能清晰地表達(dá)程序中獨(dú)立事件間的相互關(guān)系等優(yōu)點(diǎn)，但也具有一定的計(jì)算負(fù)荷。例如,線程間同步需要的時(shí)間代價(jià)；同時(shí)需要設(shè)立較好的編程規(guī)則,如要避免死鎖、競(jìng)爭(zhēng)和優(yōu)先級(jí)倒置等；更難以調(diào)試等缺點(diǎn)。所以最好在計(jì)算密集型、I。密集型等情況下應(yīng)用。

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