C#基础：异步调用

首先来看一个简单的例子：

1. 小明在烧水，等水烧开以后，将开水灌入热水瓶，然后开始整理家务
2. 小文在烧水，在烧水的过程中整理家务，等水烧开以后，放下手中的家务活，将开水灌入热水瓶，然后继续整理家务

这也是日常生活中很常见的情形，小文的办事效率明显要高于小明。从C#程序执行的角度考虑，小明使用的同步处理方式，而小文则使用的异步处理方式。

同步处理方式下，事务是按顺序一件一件处理的；而异步方式则是，将子操作从主操作中分离出来，主操作继续进行，子操作在完成处理的时候通知主操作。

在C#中，异步通过委托来完成。请看下面的例子：

class Program
{
    static TimeSpan Boil()
    {
        Console.WriteLine("水壶：开始烧水...");
        Thread.Sleep(6000);
        Console.WriteLine("水壶：水已经烧开了！");
        return TimeSpan.MinValue;
    }

    delegate TimeSpan BoilingDelegate();

    static void Main(string[] args)
    {
        Console.WriteLine("小文：将水壶放在炉子上");
        BoilingDelegate d = new BoilingDelegate(Boil);
        IAsyncResult result = d.BeginInvoke(BoilingFinishedCallback, null);
        Console.WriteLine("小文：开始整理家务...");
        for (int i = 0; i < 20; i++)
        {
            Console.WriteLine("小文：整理第{0}项家务...", i + 1);
            Thread.Sleep(1000);
        }
    }

    static void BoilingFinishedCallback(IAsyncResult result)
    {
        AsyncResult asyncResult = (AsyncResult)result;
        BoilingDelegate del = (BoilingDelegate)asyncResult.AsyncDelegate;
        del.EndInvoke(result);
        Console.WriteLine("小文：将热水灌到热水瓶");
        Console.WriteLine("小文：继续整理家务");

    }
}

上面的例子是一个最简单的异步调用的例子，没有对异步调用函数做任何参数传递以及返回值校验。这个例子反映了小文烧水的流程，首先小文将水壶放在炉子上，在定义好委托以后，就使用BeginInvoke方法开始异步调用，即让水壶开始烧水，于是小文便开始整理家务。水烧开后，C#的异步模型会触发由BeginInvoke方法所指定的回调函数，也就是水烧开后的处理逻辑由这个回调函数定义，此时小文将水灌入热水瓶并继续整理家务。

由此可见，在C#中实现异步调用其实并不复杂，首先创建一个异步处理函数，并针对其定义一个委托；然后在调用函数的时候，使用委托的BeginInvoke方法，指定在函数处理完成时的回调函数（如果不需要对完成事件做处理，可以给null值），并指定所需的参数（如果没有参数，也可以给null值）；最后在回调函数中处理完成事件。

请注意上例回调函数中的EndInvoke调用，EndInvoke会使得调用线程阻塞，直到异步函数处理完成。显然，紧接在BeginInvoke后面的EndInvoke使用方式与同步调用等价。

 EndInvoke调用的返回值也就是异步处理函数的返回值。我们把程序稍作修改，将Boil方法改成下面的形式：

static TimeSpan Boil()
{
    DateTime begin = DateTime.Now;
    Console.WriteLine("水壶：开始烧水...");
    Thread.Sleep(6000);
    Console.WriteLine("水壶：水已经烧开了！");
    return DateTime.Now - begin;
}

然后将BoilingFinishedCallback改成下面的形式：

static void BoilingFinishedCallback(IAsyncResult result)
{
    AsyncResult asyncResult = (AsyncResult)result;
    BoilingDelegate del = (BoilingDelegate)asyncResult.AsyncDelegate;
    Console.WriteLine("（烧水一共用去{0}时间）", del.EndInvoke(result));
    Console.WriteLine("小文：将热水灌到热水瓶");
    Console.WriteLine("小文：继续整理家务");
}

那么我们就可以在EndInvoke的时候，获得由Boil异步处理函数返回的时间值。事实上，如果定义的BoilingDelegate委托存在参数列表，那么我们也可以在BeginInvoke的时候，将所需的参数传给异步处理函数。BeginInvoke/EndInvoke函数的签名与定义它们的委托签名有关。

注意：在修改后的BoilingFinishedCallback方法中，为了得到委托实例以便获取异步处理函数的返回值，我们采用了下面的转换：

AsyncResult asyncResult = (AsyncResult)result;
BoilingDelegate del = (BoilingDelegate)asyncResult.AsyncDelegate;

这样才能获得调用异步处理函数的委托的实体。

.NET处理异步函数调用，事实上是通过线程来完成的。这个过程有以下几个特点：

• 异步函数由线程完成，这个线程是.NET线程池中的线程
• 通常情况下，.NET线程池拥有500个线程（当然这个数量可以设置），每当调用BeginInvoke开始异步处理时，异步处理函数就由线程池中的某个线程负责执行，而用户无法控制具体是由哪个线程负责执行
• 由于线程池中线程数量有限，因此当池中线程被完全占用时，新的调用请求将使函数不得不等待空余线程的出现。此时，程序的效率会有所影响

为了验证这些特点，请看下面的程序：

class Program
{
    delegate void MethodInvoker();

    static void Foo()
    {
        int intAvailableThreads, intAvailableIoAsynThreds;

        ThreadPool.GetAvailableThreads(out intAvailableThreads,
                out intAvailableIoAsynThreds);

        string strMessage =
            String.Format(@"Is Thread Pool: {0},
        Thread Id: {1} Free Threads {2}",
                Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread.ToString(),
                Thread.CurrentThread.GetHashCode(),
                intAvailableThreads);

        Console.WriteLine(strMessage);

        Thread.Sleep(10000);

        return;
    }

    static void CallFoo()
    {
        MethodInvoker simpleDelegate =
            new MethodInvoker(Foo);

        for (int i = 0; i < 15; i++)
        {
            simpleDelegate.BeginInvoke(null, null);
        }
    }

    static void Main(string[] args)
    {
        ThreadPool.SetMaxThreads(10, 10);
        CallFoo();
        Console.ReadLine();
    }
}

这个程序在起始的时候将线程池中最大线程个数设置为10个，然后做15次异步调用，每个异步调用中都停留10秒钟当作处理本身所要消耗的时间。从程序的执行我们可以看到，当前10个异步调用完全开始以后，新的异步调用就会等待（注意：不是主线程在等待），直到线程池中有线程空闲出来。

参考资料：异步方法调用