浅谈.Net异步编程的前世今生----APM篇

冷不防 2022-09-17 05:22 188阅读 0赞

**前言**

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在.Net程序开发过程中，我们经常会遇到如下场景：

编写WinForm程序客户端，需要查询数据库获取数据，于是我们根据需求写好了代码后，点击查询，发现界面卡死，无法响应。经过调试，发现查询数据库这一步执行了很久，在此过程中，UI被阻塞，无法响应任何操作。

如何解决此问题？我们需要分析问题成因：在WinForm窗体运行时，只有一个主线程，即为UI线程，UI线程在此过程中既负责渲染界面，又负责查询数据，因此在大量耗时的操作中，UI线程无法及时响应导致出现问题。此时我们需要将耗时操作放入异步操作，使主线程继续响应用户的操作，这样可以大大提升用户体验。

直接编写异步编程也许不是一件轻松的事，和同步编程不同的是，异步代码并不是始终按照写好的步骤执行，且如何在异步执行完通知前序步骤也是其中一个问题，因此会带来一系列的考验。

幸运的是，在.Net Framework中，提供了多种异步编程模型以及相关的API，这些模型的存在使得编写异步程序变得容易上手。随着Framework的不断升级，相应的模型也在不断改进，下面我们一起来回顾一下.Net异步编程的前世今生。

**第一个异步编程模型：APM**

**概述**

APM，全称**Asynchronous Programing Model**，顾名思义，它即为异步编程模型，最早出现于.Net Framework 1.x中。

它使用IAsyncResult设计模式的异步操作，一般由**BeginOperationName**和**EndOperationName**两个方法实现，这两个方法分别用于开始和结束异步操作，例如FileStream类中提供了BeginRead和EndRead来对文件进行异步字节读取操作。

![c18f9113fd6d10b664ed116e3cd07848.png][]

**使用**

![11051c8116b7ac62215c5ed9c2c1902b.png][]

在程序运行过程中，直接调用BeginOperationName后，会将所包含的方法放入异步操作，并返回一个IAsyncResult结果，同时异步操作在另外一个线程中执行。

每次在调用BeginOperationName方法后，还应调用EndOperationName方法，来获取异步执行的结果，下面我们一起来看一个示例：

在这段示例中，我们定义了一个委托来使用其BeginInvoke/EndInvoke方法用于我们自定义方法的异步执行，同时将线程名称打印出来，用于区分主线程与异步线程。

如代码中所示，在调用BeginInvoke之后，立即调用了EndInvoke获取结果，那么会发生什么呢？

如下图所示：

![a38a17b36a32a73365840e03258cf825.png][]

看到这里大家也许会比较诧异：为什么同步操作会在异步操作之后输出呢？这样不是和同步就一样了吗？

原因是这样的：**EndInvoke**方法会阻塞调用线程，直到异步调用结束，由于我们在异步操作中模拟了3s耗时操作，所以它会一直等待到3s结束后输出异步信息，此时才完成了异步操作，进而进行下一步的同步操作。

同时在BeginInvoke返回的IAynscResult中，包含如下属性：

![6586039434afa79f16a9cd5ef0c3b821.png][]

通过轮询**IsCompleted**属性或使用**AsyncWaitHandle**属性，均可以获取异步操作是否完成，从而进行下一步操作，相关代码如下所示：

using System;
    using System.Collections.Generic;
    using System.Linq;
    using System.Text;
    using System.Threading;
    using System.Threading.Tasks;
    
    
    namespace APMTest
    {
        class Program
        {
            public delegate void ConsoleDelegate();
    
    
            static void Main(string[] args)
            {
                ConsoleDelegate consoleDelegate = new ConsoleDelegate(ConsoleToUI);
                Thread.CurrentThread.Name = "主线程Thread";
                IAsyncResult ar = consoleDelegate.BeginInvoke(null, null);
                //此处改为了轮询IsCompleted属性，AsyncWaitHandle属性同理
                while (!ar.IsCompleted)
                {
                    Console.WriteLine("等待执行...");
                }
                consoleDelegate.EndInvoke(ar);
                Console.WriteLine("我是同步输出，我的名字是：" + Thread.CurrentThread.Name);
                Console.Read();
            }
    
    
            public static void ConsoleToUI()
            {
                if (Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread)
                {
                    Thread.CurrentThread.Name = "线程池Thread";
                }
                else
                {
                    Thread.CurrentThread.Name = "普通Thread";
                }
                Thread.Sleep(3000); //模拟耗时操作
                Console.WriteLine("我是异步输出，我的名字是：" + Thread.CurrentThread.Name);
            }
        }
    }

运行后结果如下：

![28cab70918f0203c966e6ffd891def28.png][]

可以发现，在轮询属性时，程序仍然会等待异步操作完成，进而进行下一步的同步输出，无法达到我们需要的效果，那么究竟有没有办法解决呢？

**此时我们需要引入一个新方法：使用回调。**

在之前的操作中，使用BeginInvoke方法，两个参数总是传入的为null。若要使用回调机制，则需传入一个类型为**AsyncCallback**的回调函数，并在最后一个参数中，传入需要使用的参数，如以下代码所示：

using System;
    using System.Collections.Generic;
    using System.Linq;
    using System.Text;
    using System.Threading;
    using System.Threading.Tasks;
    
    
    namespace APMTest
    {
        class Program
        {
            public delegate void ConsoleDelegate();
    
    
            static void Main(string[] args)
            {
                ConsoleDelegate consoleDelegate = new ConsoleDelegate(ConsoleToUI);
                Thread.CurrentThread.Name = "主线程Thread";
                //此处传入AsyncCallback类型的回调函数，并传入需要使用的参数
                consoleDelegate.BeginInvoke(CallBack, consoleDelegate);
                //IAsyncResult ar = consoleDelegate.BeginInvoke(null, null);
                此处改为了轮询IsCompleted属性，AsyncWaitHandle属性同理
                //while (!ar.IsCompleted)
                //{
                //    Console.WriteLine("等待执行...");
                //}
                //consoleDelegate.EndInvoke(ar);
                Console.WriteLine("我是同步输出，我的名字是：" + Thread.CurrentThread.Name);
                Console.Read();
            }
    
    
            public static void ConsoleToUI()
            {
                if (Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread)
                {
                    Thread.CurrentThread.Name = "线程池Thread";
                }
                else
                {
                    Thread.CurrentThread.Name = "普通Thread";
                }
                Thread.Sleep(3000); //模拟耗时操作
                Console.WriteLine("我是异步输出，我的名字是：" + Thread.CurrentThread.Name);
            }
    
    
            public static void CallBack(IAsyncResult ar)
            {
                //使用IAsyncResult的AsyncState获取BeginInvoke中的参数，并用于执行EndInvoke
                ConsoleDelegate callBackDelegate = ar.AsyncState as ConsoleDelegate;
                callBackDelegate.EndInvoke(ar);
            }
        }
    }

运行后结果如下：

![ff8657308c37f3d4ae2f0e10a5806511.png][]

此时可以看出，使用回调的方式已经实现了我们需要的效果。在同步执行时，将耗时操作放入异步操作，从而不影响同步操作的继续执行，在异步操作完成后，回调返回相应的结果。

**小结**

![1d5c8aba65b6b590978402fb4cbb5410.png][]

APM模型的引入，使得编写异步程序变的如此简单，只需定义委托，将要执行的方法包含其中，并调用Begin/End方法对，即可实现异步编程。在一些基础类库中，也已经提供了异步操作的方法，直接调用即可。

同时我们可以看到，BeginInvoke方法，实际上是调用了线程池中的线程进行操作，因此APM模型也应属于多线程程序，同时包含主线程与线程池线程。

![d8a1f14216a2b618bcdfd0d509d88534.png][]

**但是APM模型也存在一些缺点：**

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*  若不使用回调机制，则需等待异步操作完成后才能继续执行，此时未达到异步操作的效果。
 *  在异步操作的过程中，无法取消，也无法得知操作进度。
 *  若编写GUI程序，异步操作内容与主线程未在同一线程，操作控件时会引起线程安全问题。

为了解决这些缺陷，微软推出了其他的异步模式，预知后事如何，且听下回分解。

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**您的点赞和在看是我创作的最大动力，感谢支持**

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**公众号：wacky的碎碎念**

**知乎：wacky**

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[11051c8116b7ac62215c5ed9c2c1902b.png]: /images/20220828/861a4d6bd2064a9b9ee2aaaf9a202e06.png
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