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《CLR Via C# 第3版》笔记之（二十一） - 异步编程模型(APM)

2017-11-12 1563
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应用实时监控服务-应用监控，每月50GB免费额度
简介：

APM是.NET中异步编程模型的缩写（Asynchronous Programing Model）。

通过异步编程，使得我们的程序可以更加高效的利用系统资源。

主要内容：

  • 一个APM的例子
  • GUI中的APM
  • APM的优劣点
  • AMP使用中的注意事项 

1. 一个APM的例子

.Net中的异步模型非常完善，只要看到Begin***者End***方法。基本都是相对***方法的异步调用方式。

（注：***是方法的名称）

所以在.Net中实现一个异步调用是很方便的，下面用个小例子来演示一个异步操作。

首先是同步的方式请求百度搜索10次。(分别搜索1，2，3。。。。10）

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public  class  CLRviaCSharp_21
{
     static  void  Main( string [] args)
     {
         // 用百度分别检索1，2，3。。。9，共检索10次
         DateTime start = DateTime.Now;
         string  strReq = "http://www.baidu.com/s?wd={0}" ;
         for  ( int  i = 0; i < 10; i++)
         {
             var  req = WebRequest.Create( string .Format(strReq, i));
             // 注意这里的GetResponse是同步方法
             var  res = req.GetResponse();
 
             Console.WriteLine( "检索 {0} 的结果已经返回！" , i);
 
             res.Close();
         }
 
         Console.WriteLine( "耗用时间：{0}毫秒" , TimeSpan.FromTicks(DateTime.Now.Ticks - start.Ticks).TotalMilliseconds);
         Console.ReadKey( true );
     }
}

结果如下：总共消耗时间33秒多。

image

 

异步的方式如下：

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public  class  CLRviaCSharp_21
{
     static  DateTime start;
     static  void  Main( string [] args)
     {
         // 用百度分别检索1，2，3。。。9，共检索10次
         start = DateTime.Now;
         string  strReq = "http://www.baidu.com/s?wd={0}" ;
         for  ( int  i = 0; i < 10; i++)
         {
             var  req = WebRequest.Create( string .Format(strReq, i));
             // 注意这里的BeginGetResponse就是异步方法
             var  res = req.BeginGetResponse(ProcessWebResponse, req);
         }
 
         Console.ReadKey( true );
     }
 
     private  static  void  ProcessWebResponse(IAsyncResult result)
     {
         var  req = (WebRequest)result.AsyncState;
         string  strReq = req.RequestUri.AbsoluteUri;
         using  ( var  res = req.EndGetResponse(result))
         {
             Console.Write( "检索 {0} 的结果已经返回！\t" , strReq.Substring(strReq.Length - 1));
             Console.WriteLine( "耗用时间：{0}毫秒" , TimeSpan.FromTicks(DateTime.Now.Ticks - start.Ticks).TotalMilliseconds);
         }
     }
 
}

结果如下：总共消耗的时间应该是下面所有时间中最长的那个，即9.5秒左右。

image

 

2. GUI中的APM

异步编程除了在服务端会大量应用，在有GUI的客户端也应用比较多（为了保证客户端的界面不会假死）。

但是Winform或WPF程序中，改变界面元素状态只有通过UI线程，其他线程如果试图改变UI元素，就会抛出异常(System.InvalidOperationException)。

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using  System;
using  System.Windows.Forms;
using  System.Net;
 
public  class  CLRviaCSharp_21
{
     static  void  Main( string [] args)
     {
         MyWindowsForm mf = new  MyWindowsForm();
         mf.ShowDialog();
     }
}
 
internal  class  MyWindowsForm : Form
{
     public  MyWindowsForm()
     {
         Text = "Click in the window to start a web request" ;
         Width = 800;
         Height = 600;
     }
 
     protected  override  void  OnMouseClick(MouseEventArgs e)
     {
         // 开始异步web请求
         Text = "web request initilized" ;
         var  webreq = WebRequest.Create( "http://www.baidu.com" );
         webreq.BeginGetResponse(ProcessWebResponse, webreq);
         base .OnMouseClick(e);
     }
 
     private  void  ProcessWebResponse(IAsyncResult result)
     {
         var  req = (WebRequest)result.AsyncState;
         using  ( var  res = req.EndGetResponse(result))
         {
             // SynchronizationContext.Current.Post(updateUI, res);
             // 这里改变UI元素Form的Text属性,抛出了异常
             Text = "Content length: "  + res.ContentLength;
         }
     }
}

那么其他线程如何改变UI元素呢。为了保证UI始终有响应，必须能够让其他线程也能改变UI元素。

答案就在上面代码中抛异常的上面一句代码。利用SynchronizationContext的Current属性来获取UI线程的同步上下文信息。

然后调用其Post方法，异步的更新UI元素。

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using  System;
using  System.Windows.Forms;
using  System.Net;
using  System.Threading;
 
public  class  CLRviaCSharp_21
{
     static  void  Main( string [] args)
     {
         MyWindowsForm mf = new  MyWindowsForm();
         mf.ShowDialog();
     }
}
 
internal  class  MyWindowsForm : Form
{
     public  MyWindowsForm()
     {
         Text = "Click in the window to start a web request" ;
         Width = 800;
         Height = 600;
     }
 
     protected  override  void  OnMouseClick(MouseEventArgs e)
     {
         // 开始异步web请求
         Text = "web request initilized" ;
         var  webreq = WebRequest.Create( "http://www.baidu.com" );
         webreq.BeginGetResponse(ProcessWebResponse, webreq);
         base .OnMouseClick(e);
     }
 
     private  void  ProcessWebResponse(IAsyncResult result)
     {
         var  req = (WebRequest)result.AsyncState;
         using  ( var  res = req.EndGetResponse(result))
         {
             SynchronizationContext.Current.Post(updateUI, res);
         }
     }
 
     private  void  updateUI( object  state)
     {
         var  res = (WebResponse)state;
         // 这里改变UI元素Form的Text属性, updateUI这个函数是由UI线程执行的
         Text = "Content length: "  + res.ContentLength;
     }
}

这样的实现看着很繁琐，所以《CLR via C#》作者Jeffrey实现了一个小方法（SyncContextCallback）来简化这个步骤。

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using  System;
using  System.Windows.Forms;
using  System.Net;
using  System.Threading;
 
public  class  CLRviaCSharp_21
{
     static  void  Main( string [] args)
     {
         MyWindowsForm mf = new  MyWindowsForm();
         mf.ShowDialog();
     }
}
 
internal  class  MyWindowsForm : Form
{
     public  MyWindowsForm()
     {
         Text = "Click in the window to start a web request" ;
         Width = 800;
         Height = 600;
     }
 
     protected  override  void  OnMouseClick(MouseEventArgs e)
     {
         // 开始异步web请求
         Text = "web request initilized" ;
         var  webreq = WebRequest.Create( "http://www.baidu.com" );
         webreq.BeginGetResponse(SyncContextCallback(ProcessWebResponse), webreq);
         base .OnMouseClick(e);
     }
 
     private  void  ProcessWebResponse(IAsyncResult result)
     {
         var  req = (WebRequest)result.AsyncState;
         using  ( var  res = req.EndGetResponse(result))
         {
             // 这里改变UI元素Form的Text属性,
             // 这次是在UI线程执行的，SyncContextCallback中获取了UI线程的同步上下文，
             // 然后用Post方法调用了ProcessWebResponse函数
             Text = "Content length: "  + res.ContentLength;
         }
     }
 
     // 大牛Jeffrey实现的SyncContextCallback方法
     private  static  AsyncCallback SyncContextCallback(AsyncCallback callback)
     {
         SynchronizationContext sc = SynchronizationContext.Current;
         // 如果没有同步上下文，直接返回传入的东西
         if  (sc == null ) return  callback;
 
         // 返回一个委托，这个委托将委托Post到捕捉到的SC中
         return  asyncResult => sc.Post(result => callback((IAsyncResult)result), asyncResult);
     }
}

 

3. APM的优劣点

上面两个例子，可以看出APM的一些优势，第一个例子说明异步的效率高。第二个GUI的例子说明异步可以增强用户体验。

其实APM的优势总结起来有以下几点：

  1. 资源利用率底(比如I/O并发读写时，线程不必等I/O完了就可以处理其他请求。这样几个线程就可以处理大量请求)
  2. 垃圾回收快(线程不用等待请求的操作完成就回线程池等待了，这时的线程在它们的栈顶，垃圾回收时遍历线程查找根比较快)
  3. 线程少，调试快(调试时，一旦遇到断点就会挂起所有线程。异步可以保证线程尽量少，所以调试时感觉会快)
  4. 使得GUI一直保持响应(上面的GUI例子可以说明)
  5. 并发执行下载，速度快(上面第一个例子可以说明)

当然，任何技术都不是完美的，有其适用的一面，也有其不适用的一面。

了解它的缺点，有时候甚至可以帮助我们更好的使用它。

APM的劣势主要有以下几点：

  1. 必须将代码分成多个回调方法(执行流程不直观)
  2. 避免使用实参和局部变量(实参和局部变量在回调方法中无法访问，记住回调方法在另一个线程中)
  3. 许多C#构造无法使用，比如try/catch/finally，using等(因为没法在一个方法中开始try，再在它的回调方法中完成finally)
  4. 有些功能很难实现，比如多个并发操作协作进行，取消和超时(比如上面例子中的更新GUI元素也很麻烦)

 

4. AMP使用中的注意事项

使用APM时以下几点需要注意：

  1. 不要提早调用End***方法，在回调函数中再调用End***(如果提早调用，异步操作没有完成，End***会一直等待，此时相当于同步调用)
  2. 调用End***且仅调用一次(异步操作初始化时分配的某些资源，必须调用End***才能释放。第二次调用End***时结果不可预测)
  3. 使用相同的对象调用Begin***方法和End***方法
  4. 在Begin***方法和End***方法中使用ref，out，params标记时需要注意(具体实现方法以后有空再补些例子:))
  5. 不能取消异步I/O操作(启动I/O操作后，控制权交给了I/O相关硬件)
  6. Begin***方法返回引用类型，无法返回值类型
  7. 用于打开文件的Win32 API(CreateFile)暂时没有异步的版本
  8. FileStream类在创建时就决定了是异步还是同步的方式(创建式指定异步标记，即使调用Read，也是通过Sleep来模拟同步。同样，指定了同步标记，调用BeginRead也是模拟的异步)
标签:  CLR via C#笔记



本文转自wang_yb博客园博客，原文链接：http://www.cnblogs.com/wang_yb/archive/2011/11/29/2267790.html，如需转载请自行联系原作者

文章标签：
应用实时监控服务
C#
Web App开发
.NET
Java
关键词：
C#笔记
C#异步编程
C#模型
异步编程模型应用实时监控服务
C# apm
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