委托的Invoke 和 BeginInvoke

通过一个委托来进行同步方法的异步调用，也是.net提供的异步调用机制之一。但是Delegate.BeginInvoke方法是从ThreadPool取出一个线程来执行这个方法，以获得异步执行效果的。也就是说，如果采用这种方式提交多个异步委托，那么这些调用的顺序无法得到保证。而且由于是使用线程池里面的线程来完成任务，使用频繁，会对系统的性能造成影响。

Delegate.BeginInvoke也是讲一个委托方法封送到其它线程，从而通过异步机制执行一个方法。调用者线程则可以在完成封送以后去继续它的工作。但是这个方法封送到的最终执行线程是运行库从ThreadPool里面选取的一个线程。

三、同步和异步

同步和异步是对方法执行顺序的描述。

同步：等待上一行完成计算之后，才会进入下一行。

例如：请同事吃饭，同事说很忙，然后就等着同事忙完，然后一起去吃饭。

异步：不会等待方法的完成，会直接进入下一行，是非阻塞的。

例如：请同事吃饭，同事说很忙，那同事先忙，自己去吃饭，同事忙完了他自己去吃饭。

下面通过一个例子讲解同步和异步的区别

1、新建一个winform程序，上面有两个按钮，一个同步方法、一个异步方法，在属性里面把输出类型改成控制台应用程序，这样可以看到输出结果，代码如

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.ComponentModel;
using System.Data;
using System.Drawing;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
using System.Windows.Forms;

namespace MyAsyncThreadDemo
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
        }

        /// <summary>
        /// 异步方法
        /// </summary>
        /// <param name="sender"></param>
        /// <param name="e"></param>
        private void btnAsync_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            Console.WriteLine($"***************btnAsync_Click Start {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            Action<string> action = this.DoSomethingLong;
            // 调用委托(同步调用)
            action.Invoke("btnAsync_Click_1");
            // 异步调用委托
            action.BeginInvoke("btnAsync_Click_2",null,null);
            Console.WriteLine($"***************btnAsync_Click End    {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
        }

        /// <summary>
        /// 同步方法
        /// </summary>
        /// <param name="sender"></param>
        /// <param name="e"></param>
        private void btnSync_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            Console.WriteLine($"****************btnSync_Click Start {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} {DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")}***************");
            int j = 3;
            int k = 5;
            int m = j + k;
            for (int i = 0; i < 5; i++)
            {
                string name = string.Format($"btnSync_Click_{i}");
                this.DoSomethingLong(name);
            }
        }


        private void DoSomethingLong(string name)
        {
            Console.WriteLine($"****************DoSomethingLong {name} Start {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} {DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")}***************");
            long lResult = 0;
            for (int i = 0; i < 1000000000; i++)
            {
                lResult += i;
            }
            Console.WriteLine($"****************DoSomethingLong {name}   End {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} {DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")} {lResult}***************");
        }
    }
}

2、启动程序，点击同步，结果如下：

从上面的截图中能够很清晰的看出：同步方法是等待上一行代码执行完毕之后才会执行下一行代码。

点击异步，结果如下：

从上面的截图中看出：当执行到action.BeginInvoke("btnAsync_Click_2",null,null);这句代码的时候，程序并没有等待这段代码执行完就执行了下面的End，没有阻塞程序的执行。

在刚才的测试中，如果点击同步，这时winform界面不能拖到，界面卡住了，是因为主线程(即UI线程)在忙于计算。

点击异步的时候，界面不会卡住，这是因为主线程已经结束，计算任务交给子线程去做。

在仔细检查上面两个截图，可以看出异步的执行速度比同步执行速度要快。同步方法执行完将近16秒，异步方法执行完将近6秒。

在看下面的一个例子，修改异步的方法，也和同步方法一样执行循环，修改后的代码如下：

private void btnAsync_Click(object sender, EventArgs e)
{
      Console.WriteLine($"***************btnAsync_Click Start {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
      //Action<string> action = this.DoSomethingLong;
      //// 调用委托(同步调用)
      //action.Invoke("btnAsync_Click_1");
      //// 异步调用委托
      //action.BeginInvoke("btnAsync_Click_2",null,null);
      Action<string> action = this.DoSomethingLong;
      for (int i = 0; i < 5; i++)
      {
           //Thread.Sleep(5);
           string name = string.Format($"btnAsync_Click_{i}");
           action.BeginInvoke(name, null, null);
      }
      Console.WriteLine($"***************btnAsync_Click End    {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
}

结果如下：

从截图中能够看出：同步方法执行是有序的，异步方法执行是无序的。异步方法无序包括启动无序和结束无序。启动无序是因为同一时刻向操作系统申请线程，操作系统收到申请以后，返回执行的顺序是无序的，所以启动是无序的。结束无序是因为虽然线程执行的是同样的操作，但是每个线程的耗时是不同的，所以结束的时候不一定是先启动的线程就先结束。从上面同步方法中可以清晰的看出：btnSync_Click_0执行时间耗时不到3秒，而btnSync_Click_1执行时间耗时超过了3秒。可以想象体育比赛中的跑步，每位运动员听到发令枪起跑的顺序不同，每位运动员花费的时间不同，最终到达终点的顺序也不同。

总结一下同步方法和异步方法的区别：

1、同步方法由于主线程忙于计算，所以会卡住界面。

      异步方法由于主线程执行完了，其他计算任务交给子线程去执行，所以不会卡住界面，用户体验性好。

2、同步方法由于只有一个线程在计算，所以执行速度慢。

      异步方法由多个线程并发运算，所以执行速度快，但并不是线性增长的（资源可能不够）。多线程也不是越多越好，只有多个独立的任务同时运行，才能加快速度。

3、同步方法是有序的。

      异步多线程是无序的：启动无序，执行时间不确定，所以结束也是无序的。一定不要通过等待几毫秒的形式来控制线程启动/执行时间/结束。

四、回调

先来看看异步多线程无序的例子：

在界面上新增一个按钮，实现代码如下：

private void btnAsyncAdvanced_Click(object sender, EventArgs e)
{
      Console.WriteLine($"****************btnAsyncAdvanced_Click Start {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} {DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")}***************");
      Action<string> action = this.DoSomethingLong;
      action.BeginInvoke("btnAsyncAdvanced_Click", null, null);
      // 需求：异步多线程执行完之后再打印出下面这句
      Console.WriteLine($"到这里计算已经完成了。{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}。");
      Console.WriteLine($"****************btnAsyncAdvanced_Click End {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} {DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")}***************");
}

运行结果：

从上面的截图中看出，最终的效果并不是我们想要的效果，而且打印输出的还是主线程。

既然异步多线程是无序的，那我们有没有什么办法可以解决无序的问题呢？办法当然是有的，那就是使用回调，.NET框架已经帮我们实现了回调：

BeginInvoke的第二个参数就是一个回调，那么AsyncCallback究竟是什么呢？F12查看AsyncCallback的定义：

发现AsyncCallback就是一个委托，参数类型是IAsyncResult，明白了AsyncCallback是什么以后，将上面的代码进行如下的改造：

private void btnAsyncAdvanced_Click(object sender, EventArgs e)
{       
    Console.WriteLine($"****************btnAsyncAdvanced_Click Start {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} {DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")}***************");
    Action<string> action = this.DoSomethingLong;
    // 定义一个回调
    AsyncCallback callback = p => 
    {
       Console.WriteLine($"到这里计算已经完成了。{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}。");
    };
    // 回调作为参数
    action.BeginInvoke("btnAsyncAdvanced_Click", callback, null);          
    Console.WriteLine($"****************btnAsyncAdvanced_Click End {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} {DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")}***************");
 }

运行结果：

 

上面的截图中可以看出，这就是我们想要的效果，而且打印是子线程输出的，但是程序究竟是怎么实现的呢？我们可以进行如下的猜想：

程序执行到BeginInvoke的时候，会申请一个基于线程池的线程，这个线程会完成委托的执行(在这里就是执行DoSomethingLong()方法)，在委托执行完以后，这个线程又会去执行callback回调的委托，执行callback委托需要一个IAsyncResult类型的参数，这个IAsyncResult类型的参数是如何来的呢？鼠标右键放到BeginInvoke上面，查看返回值：

发现BeginInvoke的返回值就是IAsyncResult类型的。那么这个返回值是不是就是callback委托的参数呢？将代码进行如下的修改：

private void btnAsyncAdvanced_Click(object sender, EventArgs e)
{
            // 需求：异步多线程执行完之后再打印出下面这句
            Console.WriteLine($"****************btnAsyncAdvanced_Click Start {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} {DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")}***************");
            Action<string> action = this.DoSomethingLong;
            // 无序的
            //action.BeginInvoke("btnAsyncAdvanced_Click", null, null);

            IAsyncResult asyncResult = null;
            // 定义一个回调
            AsyncCallback callback = p =>
            {
                // 比较两个变量是否是同一个
                Console.WriteLine(object.ReferenceEquals(p,asyncResult));
                Console.WriteLine($"到这里计算已经完成了。{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}。");
            };
            // 回调作为参数
            asyncResult= action.BeginInvoke("btnAsyncAdvanced_Click", callback, null);           
            Console.WriteLine($"****************btnAsyncAdvanced_Click End {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} {DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")}***************");
}

结果：

这里可以看出BeginInvoke的返回值就是callback委托的参数。

现在我们可以使用回调解决异步多线程无序的问题了。

2、获取委托异步调用的返回值

使用EndInvoke可以获取委托异步调用的返回值，请看下面的例子：

private void btnAsyncReturnVlaue_Click(object sender, EventArgs e)
{
       // 定义一个无参数、int类型返回值的委托
       Func<int> func = () =>
       {
             Thread.Sleep(2000);
             return DateTime.Now.Day;
       };
       // 输出委托同步调用的返回值
       Console.WriteLine($"func.Invoke()={func.Invoke()}");
       // 委托的异步调用
       IAsyncResult asyncResult = func.BeginInvoke(p => 
       {
            Console.WriteLine(p.AsyncState);
       },"异步调用返回值");
       // 输出委托异步调用的返回值
       Console.WriteLine($"func.EndInvoke(asyncResult)={func.EndInvoke(asyncResult)}");
}

结果：