C#异步之APM模式异步程序开发的示例分享

我是2004年接触并使用C#的，那时C#版本为1.1，所以我们就从就那个时候谈起。那时在大学里自己看书写程序，所写的程序大都是同步程序，最多启动个线程........其实在C#1.1的时代已有完整的异步编程解决方案，那就是APM（异步编程模型）。如果还有不了解“同步程序、异步程序”的请自行百度哦。

APM异步编程模型最具代表性的特点是：一个异步功能由以Begin开头、End开头的两个方法组成。Begin开头的方法表示启动异步功能的执行，End开头的方法表示等待异步功能执行结束并返回执行结果。下面是一个模拟的实现方式（后面将编写标准的APM模型异步实现）：

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("调用EndWork前，需要先调用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();          }

在上面的模拟APM模型中我们使用了 Thread、ManualResetEvent，如果你对多线程和ManualResetEvent不熟悉C#中使用异步编程不可避免的会涉及到多线程的知识，虽然微软在Framework中做了很多封装，但朋友们应该掌握其本质。

上面模拟的APM异步模型之所以简单，是因为C#发展过程中引入了很多优秀的语法规则。上例我们较多的使用了Lambda表达式，如果你不熟悉 匿名委托与lambda表达式可看我之前的Bolg《匿名委托与Lambda表达式》。上面做了如此多的广告，下面我们来看一下标准的APM模型如何实现异步编程。

IAsyncResult接口

IAsyncResult接口定义了异步功能的状态，该接口具体属性及含义如下：

   //     表示异步操作的状态。      [ComVisible(true)]    public interface IAsyncResult      {        //          // 摘要:        //     获取一个值，该值指示异步操作是否已完成。        //          // 返回结果:        //     如果操作已完成，则为 true；否则为 false。          bool IsCompleted { get; }        //          // 摘要:        //     获取用于等待异步操作完成的 System.Threading.WaitHandle。        //          // 返回结果:        //     用于等待异步操作完成的 System.Threading.WaitHandle。          WaitHandle AsyncWaitHandle { get; }        //          // 摘要:        //     获取一个用户定义的对象，该对象限定或包含有关异步操作的信息。        //          // 返回结果:        //     一个用户定义的对象，限定或包含有关异步操作的信息。          object AsyncState { get; }        //          // 摘要:        //     获取一个值，该值指示异步操作是否同步完成。        //          // 返回结果:        //     如果异步操作同步完成，则为 true；否则为 false。          bool CompletedSynchronously { get; }      }

注意：模型示例1中的 ManualResetEvent 继承自 WaitHandleAPM传说实现方式在了解了IAsyncResult接口后，我们来通过实现 IAsyncResult 接口的方式完成对模拟示例的改写工作，代码如下：

    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;          }      }

示例代码分析：

上面代码中NewWorker的内部类 WorkerAsyncResult 是关键点，它实现了 IAsyncResult 接口并由它来负责开启新线程完成计算工作。

在WorkerAsyncResult中增加了 A、B两个私有属性来存储用于计算的数值，一个对外可读不可写的属性R，用于存储WorkerAsyncResult内部运算的结果。AsyncWaitHandle属性由 ManualResetEvent 来充当，并在首次访问时创建ManualResetEvent（但不释放）。其他接口属性正常实现，没有什么可说。

WorkerAsyncResult 中新增 static Count 方法，参数 state 为调用Count方法的当前WorkerAsyncResult对象。Count 方法在 WorkerAsyncResult 对象的新启线程中运行，因此Thread.Sleep(1000)将阻塞新线程1秒中。然后设置当前WorkerAsyncResult对象是否同步完成为false，异步完成状态为true，释放ManualResetEvent通知以便等待线程获取通知进入执行状态，判断是否有异步执行结束回调委托，存在则回调之。

NewWorker 非常简单，Num1、Num2两个属性为要计算的数值。BeginWork 创建WorkerAsyncResult对象、并将要计算的两个数值Num1、Num2、userCallback回调委托、object 类型的 asyncState 传入要创建的WorkerAsyncResult对象。经过此步操作，WorkerAsyncResult对象获取了运算所需的所有数据、运算完成后的回调，并马上启动新线程进行运算（执行WorkerAsyncResult.Count方法）。

因为WorkerAsyncResult.Count执行在新线程中，在该线程外部无法准确获知新线程的状态。为了满足外部线程与新线程同步的需求，在NewWorker中增加EndWork方法，参数类型为IAsyncResult。要调用EndWork方法应传入BeginWork 获取的WorkerAsyncResult对象，EndWork方法获取WorkerAsyncResult对象后，调用WorkerAsyncResult.AsyncWaitHandle.WaitOne()方法，等待获取ManualResetEvent通知，在获取到通知时运算线程已运算结束（线程并未结束），下一步获取运算结果R并返回。

接下来是NewWorker调用程序，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();          }

下图我简单画的程序调用过程，有助于各位朋友理解：

标准的APM模型异步编程，对应开发人员来说过于复杂。因此通过实现 IAsyncResult 接口进行异步编程，就是传说中的中看不中用（罪过罪过.....）。

Delegate异步编程（APM 标准实现）

C#中委托天生支持异步调用（APM模型），任何委托对象后"."就会发现BeginInvoke、EndInvoke、Invoke三个方法。BeginInvoke为异步方式调用委托、EndInvoke等待委托的异步调用结束、Invoke同步方式调用委托。因此上面的标准APM实例，可借助 delegate 进行如下简化。

上面NewWorker使用委托方式改写如下：

    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;          }      }

调用程序：

        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();          }

上面的使用委托进行APM异步编程，比实现 IAsyncResult 接口的方式精简太多、更易理解使用。因此这里建议朋友们 delegate 异步调用模型应该掌握起来，而通过实现 IAsyncResult 接口的传说方式看你的喜好吧。

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