为什么Control类提供了Invoke和BeginInvoke机制
在Invoke或者BeginInvoke的使用中無一例外地使用了委托Delegate，至于委托的本質(zhì)請參考我的另一隨筆：對.net事件的看法。 ??
一、為什么Control類提供了Invoke和BeginInvoke機(jī)制？
關(guān)于這個(gè)問題的最主要的原因已經(jīng)是dotnet程序員眾所周知的，我在此費(fèi)點(diǎn)筆墨再次記錄到自己的日志，以便日后提醒一下自己。
1、windows程序消息機(jī)制
Windows?GUI程序是基于消息機(jī)制的，有個(gè)主線程維護(hù)著一個(gè)消息泵。這個(gè)消息泵讓windows程序生生不息。
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??????????????????????????????????????????????????Windows?GUI程序的消息循環(huán)
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Windows程序有個(gè)消息隊(duì)列，窗體上的所有消息是這個(gè)隊(duì)列里面消息的最主要來源。這里的while循環(huán)使用了GetMessage（）這個(gè)方法，這是個(gè)阻塞方法，也就是隊(duì)列為空時(shí)方法就會(huì)被阻塞，從而這個(gè)while循環(huán)停止運(yùn)動(dòng)，這避免了一個(gè)程序把cpu無緣無故地耗盡，讓其它程序難以得到響應(yīng)。當(dāng)然在某些需要cpu最大限度運(yùn)動(dòng)的程序里面就可以使用另外的方法，例如某些3d游戲或者及時(shí)戰(zhàn)略游戲中，一般會(huì)使用PeekMessage（）這個(gè)方法，它不會(huì)被windows阻塞，從而保證整個(gè)游戲的流暢和比較高的幀速。
這個(gè)主線程維護(hù)著整個(gè)窗體以及上面的子控件。當(dāng)它得到一個(gè)消息，就會(huì)調(diào)用DispatchMessage方法派遣消息，這會(huì)引起對窗體上的窗口過程的調(diào)用。窗口過程里面當(dāng)然是程序員提供的窗體數(shù)據(jù)更新代碼和其它代碼。
2、dotnet里面的消息循環(huán)
public?static?void?Main(string[]?args)
{
???Form?f?=?new?Form();
???Application.Run(f);
}
Dotnet窗體程序封裝了上述的while循環(huán)，這個(gè)循環(huán)就是通過Application.Run方法啟動(dòng)的。
3、線程外操作GUI控件的問題
如果從另外一個(gè)線程操作windows窗體上的控件，就會(huì)和主線程產(chǎn)生競爭，造成不可預(yù)料的結(jié)果，甚至死鎖。因此windows?GUI編程有一個(gè)規(guī)則，就是只能通過創(chuàng)建控件的線程來操作控件的數(shù)據(jù)，否則就可能產(chǎn)生不可預(yù)料的結(jié)果。
因此，dotnet里面，為了方便地解決這些問題，Control類實(shí)現(xiàn)了ISynchronizeInvoke接口，提供了Invoke和BeginInvoke方法來提供讓其它線程更新GUI界面控件的機(jī)制。
public?interface?ISynchronizeInvoke
{
????????[HostProtection(SecurityAction.LinkDemand,?Synchronization=true,?ExternalThreading=true)]
????????IAsyncResult?BeginInvoke(Delegate?method,?object[]?args);
????????object?EndInvoke(IAsyncResult?result);
????????object?Invoke(Delegate?method,?object[]?args);
????????bool?InvokeRequired?{?get;?}
}
}
如果從線程外操作windows窗體控件，那么就需要使用Invoke或者BeginInvoke方法，通過一個(gè)委托把調(diào)用封送到控件所屬的線程上執(zhí)行。
二、消息機(jī)制---線程間和進(jìn)程間通信機(jī)制
1、window消息發(fā)送
Windows消息機(jī)制是windows平臺(tái)上的線程或者進(jìn)程間通信機(jī)制之一。Windows消息值其實(shí)就是定義的一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，最重要的是消息的類型，它就是一個(gè)整數(shù)；然后就是消息的參數(shù)。消息的參數(shù)可以表示很多東西。
Windows提供了一些api用來向一個(gè)線程的消息隊(duì)列發(fā)送消息。因此，一個(gè)線程可以向另一個(gè)線程的消息隊(duì)列發(fā)送消息從而告訴對方做什么，這樣就完成了線程間的通信。有些api發(fā)送消息需要一個(gè)窗口句柄，這種函數(shù)可以把消息發(fā)送到指定窗口的主線程消息隊(duì)列；而有些則可以直接通過線程句柄，把消息發(fā)送到該線程消息隊(duì)列中。
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用消息機(jī)制通信
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SendMessage是windows?api，用來把一個(gè)消息發(fā)送到一個(gè)窗口的消息隊(duì)列。這個(gè)方法是個(gè)阻塞方法，也就是操作系統(tǒng)會(huì)確保消息的確發(fā)送到目的消息隊(duì)列，并且該消息被處理完畢以后，該函數(shù)才返回。返回之前，調(diào)用者將會(huì)被暫時(shí)阻塞。
PostMessage也是一個(gè)用來發(fā)送消息到窗口消息隊(duì)列的api函數(shù)，但這個(gè)方法是非阻塞的。也就是它會(huì)馬上返回，而不管消息是否真的發(fā)送到目的地，也就是調(diào)用者不會(huì)被阻塞。
2、Invoke?and?BeginInvoke
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????????????????????????????????????????????????????????Invoke?or?BeginInvoke
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Invoke或者BeginInvoke方法都需要一個(gè)委托對象作為參數(shù)。委托類似于回調(diào)函數(shù)的地址，因此調(diào)用者通過這兩個(gè)方法就可以把需要調(diào)用的函數(shù)地址封送給界面線程。這些方法里面如果包含了更改控件狀態(tài)的代碼，那么由于最終執(zhí)行這個(gè)方法的是界面線程，從而避免了競爭條件，避免了不可預(yù)料的問題。如果其它線程直接操作界面線程所屬的控件，那么將會(huì)產(chǎn)生競爭條件，造成不可預(yù)料的結(jié)果。
使用Invoke完成一個(gè)委托方法的封送，就類似于使用SendMessage方法來給界面線程發(fā)送消息，是一個(gè)同步方法。也就是說在Invoke封送的方法被執(zhí)行完畢前，Invoke方法不會(huì)返回，從而調(diào)用者線程將被阻塞。
使用BeginInvoke方法封送一個(gè)委托方法，類似于使用PostMessage進(jìn)行通信，這是一個(gè)異步方法。也就是該方法封送完畢后馬上返回，不會(huì)等待委托方法的執(zhí)行結(jié)束，調(diào)用者線程將不會(huì)被阻塞。但是調(diào)用者也可以使用EndInvoke方法或者其它類似WaitHandle機(jī)制等待異步操作的完成。
但是在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)上，Invoke和BeginInvoke都是用了PostMessage方法，從而避免了SendMessage帶來的問題。而Invoke方法的同步阻塞是靠WaitHandle機(jī)制來完成的。
3、使用場合問題
如果你的后臺(tái)線程在更新一個(gè)UI控件的狀態(tài)后不需要等待，而是要繼續(xù)往下處理，那么你就應(yīng)該使用BeginInvoke來進(jìn)行異步處理。
如果你的后臺(tái)線程需要操作UI控件，并且需要等到該操作執(zhí)行完畢才能繼續(xù)執(zhí)行，那么你就應(yīng)該使用Invoke。否則，在后臺(tái)線程和主截面線程共享某些狀態(tài)數(shù)據(jù)的情況下，如果不同步調(diào)用，而是各自繼續(xù)執(zhí)行的話，可能會(huì)造成執(zhí)行序列上的問題，雖然不發(fā)生死鎖，但是會(huì)出現(xiàn)不可預(yù)料的顯示結(jié)果或者數(shù)據(jù)處理錯(cuò)誤。
可以看到ISynchronizeInvoke有一個(gè)屬性，InvokeRequired。這個(gè)屬性就是用來在編程的時(shí)候確定，一個(gè)對象訪問UI控件的時(shí)候是否需要使用Invoke或者BeginInvoke來進(jìn)行封送。如果不需要那么就可以直接更新。在調(diào)用者對象和UI對象同屬一個(gè)線程的時(shí)候這個(gè)屬性返回false。在后面的代碼分析中我們可以看到，Control類對這一屬性的實(shí)現(xiàn)就是在判斷調(diào)用者和控件是否屬于同一個(gè)線程的。
三、Delegate.BeginInvoke
通過一個(gè)委托來進(jìn)行同步方法的異步調(diào)用，也是.net提供的異步調(diào)用機(jī)制之一。但是Delegate.BeginInvoke方法是從ThreadPool取出一個(gè)線程來執(zhí)行這個(gè)方法，以獲得異步執(zhí)行效果的。也就是說，如果采用這種方式提交多個(gè)異步委托，那么這些調(diào)用的順序無法得到保證。而且由于是使用線程池里面的線程來完成任務(wù)，使用頻繁，會(huì)對系統(tǒng)的性能造成影響。
Delegate.BeginInvoke也是講一個(gè)委托方法封送到其它線程，從而通過異步機(jī)制執(zhí)行一個(gè)方法。調(diào)用者線程則可以在完成封送以后去繼續(xù)它的工作。但是這個(gè)方法封送到的最終執(zhí)行線程是運(yùn)行庫從ThreadPool里面選取的一個(gè)線程。
這里需要糾正一個(gè)誤區(qū)，那就是Control類上的異步調(diào)用BeginInvoke并沒有開辟新的線程完成委托任務(wù)，而是讓界面控件的所屬線程完成委托任務(wù)的?？磥懋惒讲僮骶褪情_辟新線程的說法不一定準(zhǔn)確。??
四、用Reflector察看一些相關(guān)代碼
1、Control.BeginInvoke?and?Control.Invoke
public?IAsyncResult?BeginInvoke(Delegate?method,?params?object[]?args)
{
????using?(new?MultithreadSafeCallScope())
????{
????????return?(IAsyncResult)?this.FindMarshalingControl().MarshaledInvoke(this,?method,?args,?false);
????}
}
public?object?Invoke(Delegate?method,?params?object[]?args)
{
????using?(new?MultithreadSafeCallScope())
????{
????????return?this.FindMarshalingControl().MarshaledInvoke(this,?method,?args,?true);
????}
}
這里的FindMarshalingControl方法通過一個(gè)循環(huán)向上回溯，從當(dāng)前控件開始回溯父控件，直到找到最頂級的父控件，用它作為封送對象。例如，我們調(diào)用窗體上一個(gè)進(jìn)度條的Invoke方法封送委托，但是實(shí)際上會(huì)回溯到主窗體，通過這個(gè)控件對象來封送委托。因?yàn)橹鞔绑w是主線程消息隊(duì)列相關(guān)的，發(fā)送給主窗體的消息才能發(fā)送到界面主線程消息隊(duì)列。
我們可以看到Invoke和BeginInvoke方法使用了同樣的實(shí)現(xiàn)，只是MarshaledInvoke方法的最后一個(gè)參數(shù)值不一樣。
2、MarshaledInvoke
private?object?MarshaledInvoke(Control?caller,?Delegate?method,?object[]?args,?bool?synchronous)
{
????int?num;
????if?(!this.IsHandleCreated)
????{
????????throw?new?InvalidOperationException(SR.GetString("ErrorNoMarshalingThread"));
????}
????if?(((ActiveXImpl)?this.Properties.GetObject(PropActiveXImpl))?!=?null)
????{
????????IntSecurity.UnmanagedCode.Demand();
????}
????bool?flag?=?false;
????if?((SafeNativeMethods.GetWindowThreadProcessId(new?HandleRef(this,?this.Handle),?out?num)?==?SafeNativeMethods.GetCurrentThreadId())?&&?synchronous)
????{
????????flag?=?true;
????}
????ExecutionContext?executionContext?=?null;
????if?(!flag)
????{
????????executionContext?=?ExecutionContext.Capture();
????}
????ThreadMethodEntry?entry?=?new?ThreadMethodEntry(caller,?method,?args,?synchronous,?executionContext);
????lock?(this)
????{
????????if?(this.threadCallbackList?==?null)
????????{
????????????this.threadCallbackList?=?new?Queue();
????????}
????}
????lock?(this.threadCallbackList)
????{
????????if?(threadCallbackMessage?==?0)
????????{
????????????threadCallbackMessage?=?SafeNativeMethods.RegisterWindowMessage(Application.WindowMessagesVersion?+?"_ThreadCallbackMessage");
????????}
????????this.threadCallbackList.Enqueue(entry);
????}
????if?(flag)
????{
????????this.InvokeMarshaledCallbacks();
????}
????else
????{????????????//終于找到你了，PostMessage
????????UnsafeNativeMethods.PostMessage(new?HandleRef(this,?this.Handle),?threadCallbackMessage,?IntPtr.Zero,?IntPtr.Zero);
????}
????if?(!synchronous)?//如果是異步，那么馬上返回吧
????{
????????return?entry;
????}
????if?(!entry.IsCompleted)?//同步調(diào)用沒結(jié)束，阻塞起來等待吧
????{
????????this.WaitForWaitHandle(entry.AsyncWaitHandle);
????}
????if?(entry.exception?!=?null)
????{
????????throw?entry.exception;
????}
????return?entry.retVal;
}
怎么樣，我們終于看到PostMessage了吧？通過windows消息機(jī)制實(shí)現(xiàn)了封送。而需要封送的委托方法作為消息的參數(shù)進(jìn)行了傳遞。關(guān)于其它的代碼這里不作進(jìn)一步解釋。
3、InvokeRequired
public?bool?InvokeRequired
{
????get
????{
????????using?(new?MultithreadSafeCallScope())
????????{
????????????HandleRef?ref2;
????????????int?num;
????????????if?(this.IsHandleCreated)
????????????{
????????????????ref2?=?new?HandleRef(this,?this.Handle);
????????????}
????????????else
????????????{
????????????????Control?wrapper?=?this.FindMarshalingControl();
????????????????if?(!wrapper.IsHandleCreated)
????????????????{
????????????????????return?false;
????????????????}
????????????????ref2?=?new?HandleRef(wrapper,?wrapper.Handle);
????????????}
????????????int?windowThreadProcessId?=?SafeNativeMethods.GetWindowThreadProcessId(ref2,?out?num);
????????????int?currentThreadId?=?SafeNativeMethods.GetCurrentThreadId();
????????????return?(windowThreadProcessId?!=?currentThreadId);
????????}
????}
}
終于看到了，這是在判斷windows窗體線程和當(dāng)前的調(diào)用者線程是否是同一個(gè)，如果是同一個(gè)就沒有必要封送了，直接訪問這個(gè)GUI控件吧。否則，就不要那么直接表白了，就需要Invoke或者BeginInvoke做媒了
轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/C-CHERS/p/4890131.html
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的为什么Control类提供了Invoke和BeginInvoke机制的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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