詳解Winform多線程編程基本原理

作者：lovecindywang 2010-01-07 09:53:09

本文將討論的是.NET并行編程中的Winform多線程編程基本原理，希望這些基礎(chǔ)能讓大家入門更加輕松。

本文在這里將從.NET并行計(jì)算講起，主要環(huán)境為Winform多線程編程。希望通過本文能對(duì)大家了解Winform多線程編程有所幫助，用好.NET并行計(jì)算。51CTO向您推薦《WinForm應(yīng)用與開發(fā)視頻教程-WinForm教程》

首先我們創(chuàng)建一個(gè)Winform的應(yīng)用程序，在上面添加一個(gè)多行文本框和一個(gè)按鈕控件，按鈕的事件如下：

Thread.Sleep(1000);  
StringBuilder sb = new StringBuilder();  
for (int i = 0; i < 10000; i++)  
    sb.Append("test");  
string s = sb.ToString();  
textBox1.Text = s;

首先我們可以把這個(gè)操作理解為一個(gè)非常耗時(shí)的操作，它至少占用1秒的時(shí)間。在1秒后，我們整了一個(gè)大字符串作為文本框的值，然后在標(biāo)簽上顯示給文本框賦值這個(gè)UI渲染行為需要的時(shí)間，程序執(zhí)行結(jié)果如下：

執(zhí)行結(jié)果

我們可以感受到，在點(diǎn)擊了按鈕之后整個(gè)程序的UI就卡住了，沒有辦法拖動(dòng)沒有辦法改變大小，用于體驗(yàn)非常差。一般能想到會(huì)新建一個(gè)線程來包裝這個(gè)方法，使得UI線程不被卡?。?/p>

new Thread(() =>  
{  
    Thread.Sleep(1000);  
    StringBuilder sb = new StringBuilder();  
    for (int i = 0; i < 10000; i++)  
        sb.Append("test");  
    string s = sb.ToString();  
    textBox1.Text = s;  
}).Start();

使用調(diào)試方式運(yùn)行程序的話會(huì)得到如下的異常（非調(diào)試方式不會(huì)）：

雖然我們知道這樣設(shè)置：

Control.CheckForIllegalCrossThreadCalls = false;

可以屏蔽這個(gè)錯(cuò)誤，但是在非創(chuàng)建控件的線程去更新控件的狀態(tài)的做法會(huì)導(dǎo)致很多問題，比如死鎖和控件部分被更新等。微軟推薦我們使用Control的Invoke或BeginInvoke方法來把涉及到控件狀態(tài)更新的操作讓UI線程去做：

new Thread(() =>  
{  
    Invoke(new Action(() =>  
    {  
        Thread.Sleep(1000);  
        StringBuilder sb = new StringBuilder();  
        for (int i = 0; i < 10000; i++)  
            sb.Append("test");  
        string s = sb.ToString();  
        textBox1.Text = s;  
    }));  
}).Start();

你可能會(huì)想到這么寫，但是運(yùn)行程序后可以發(fā)現(xiàn)界面依然是卡死。想一下，雖然我們新開了一個(gè)線程，但是馬上又把整個(gè)代碼段交給UI線程去做了，當(dāng)然起不到效果。其實(shí)這個(gè)方法的工作可以分為兩部分，一部分是我們數(shù)據(jù)的計(jì)算，一部分是把計(jì)算好的數(shù)據(jù)顯示在界面上，我們只應(yīng)該把真正和UI相關(guān)的操作放到Invoke中讓UI線程去做：

new Thread(() =>  
{  
    Thread.Sleep(1000);  
    StringBuilder sb = new StringBuilder();  
    for (int i = 0; i < 10000; i++)  
        sb.Append("test");  
    string s = sb.ToString();  
    Invoke(new Action(() =>  
    {  
        textBox1.Text = s;  
    }));  
}).Start();

再測(cè)試一次可以發(fā)現(xiàn)，UI在前1秒多的時(shí)間沒有卡死，在最后的一點(diǎn)時(shí)間還是卡死了。在繼續(xù)研究卡死問題之前我們來看一下，Control提供了InvokeRequired屬性來讓我們判斷當(dāng)前線程是不是UI線程，或者說當(dāng)前的操作是否需要進(jìn)行Invoke：

textBox1.Text = this.InvokeRequired.ToString();  
new Thread(() =>  
{  
    textBox1.Text += Environment.NewLine + this.InvokeRequired.ToString();  
    Invoke(new Action(() =>  
    {  
        textBox1.Text += Environment.NewLine + this.InvokeRequired.ToString();  
    }));  
}).Start();

通過非調(diào)試方式啟動(dòng)程序可以得到如下結(jié)果：

調(diào)試后的結(jié)果

很明顯：

1）在線程外的賦值不需要Invoke（在UI線程）

2）在線程內(nèi)的賦值需要Invoke（不在UI線程）

3）在Invoke中的賦值已經(jīng)封送給UI線程，所以不需要Invoke

繼續(xù)研究卡死問題，您可能會(huì)想到，Control還提供了一個(gè)BeginInvoke方法，我們來試試看：

new Thread(() =>  
{  
    Thread.Sleep(1000);  
    StringBuilder sb = new StringBuilder();  
    for (int i = 0; i < 10000; i++)  
        sb.Append("test");  
    string s = sb.ToString();  
    BeginInvoke(new Action(() =>  
    {  
        textBox1.Text = s;  
    }));  
}).Start();

好像效果上還是沒什么區(qū)別，那么Invoke和BeginInvoke的區(qū)別在哪里呢？

我們知道Windows應(yīng)用程序基于消息，Windows API提供了SendMessage和PostMessage兩個(gè)API，前者執(zhí)行消息后返回（不經(jīng)過消息管道，先于PostMessage執(zhí)行），后者把消息發(fā)送到管道異步執(zhí)行。Invoke和BeginInvoke從行為上來說類似這兩個(gè)API，但是實(shí)際上兩者都使用了PostMessage，前者使用信號(hào)量在消息執(zhí)行前阻塞，達(dá)到同步的效果。我們來做一個(gè)實(shí)驗(yàn)：

new Thread(() =>  
{  
    Thread.Sleep(1000);  
    StringBuilder sb = new StringBuilder();  
    for (int i = 0; i < 10000; i++)  
        sb.Append("test");  
    string s = sb.ToString();  
    Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();  
    Invoke(new Action(() =>  
    {  
        textBox1.Text = s;  
    }));  
    MessageBox.Show(sw.ElapsedMilliseconds.ToString());  
}).Start();

運(yùn)行程序：

運(yùn)行程序

可以體會(huì)到，在文本框的值出現(xiàn)之后才出現(xiàn)彈出框，文本框賦值這個(gè)消息的執(zhí)行過程耗時(shí)2秒。把Invoke改為BeginInvoke其它不動(dòng)再執(zhí)行程序：

執(zhí)行程序

明顯感到彈出框先顯示2秒后文本框的值出現(xiàn)。BeginInvoke沒有阻塞后續(xù)語句的執(zhí)行。因此，需要注意，如果我們?cè)诜椒ㄖ惺褂玫淖兞吭贐eginInvoke之后有修改，極有可能發(fā)生混亂。如果您使用過委托的BeginInvoke應(yīng)該會(huì)知道，通常建議總是調(diào)用EndInvoke來回收資源，對(duì)于Control的EndInvoke來說，如果您不需要獲取返回值的話，那么它不是必須的（來自msdn）。

#T#

現(xiàn)在您可能還有疑問為什么使用了BeginInvoke，UI還是卡了大概2秒，可以這么理解，我們把這么多的文字賦值到文本框中，這個(gè)UI行為是非常耗時(shí)的，不管是Invoke還是BeginInvoke最終是發(fā)送消息給UI線程處理（兩者都沒有使用線程池），它就是需要這么多時(shí)間，在一般情況下我們不會(huì)在UI上呈現(xiàn)這么多數(shù)據(jù)。

一般來說我們能做的優(yōu)化是：

1）盡量把非UI的操作使用新的線程去異步計(jì)算，不阻塞UI線程，真正需要操作UI的時(shí)候才去提交給UI線程

2）盡量減少UI的操作復(fù)雜度，比如如果需要在UI上繪制一個(gè)復(fù)雜圖形可以在內(nèi)存中先創(chuàng)建一個(gè)位圖，繪制好之后把整個(gè)位圖在UI上繪制，而不是直接在UI上繪制這個(gè)圖形

舉個(gè)例子，UI就好象一塊畫布，我們要在上面畫一個(gè)巨作怎么才能不過多占用這塊布的時(shí)間，讓大家都能用上呢？一個(gè)方法就是我們?cè)跍?zhǔn)備顏色和畫筆的時(shí)候不占著這個(gè)布，真正要去畫的時(shí)候才去用，另外一個(gè)方法就是在另一塊畫布上先畫，然后把圖案采用復(fù)印的方式印到我們的主畫布上。

對(duì)于大量數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)，我們還可以：

1）采用分頁，只顯示一部分?jǐn)?shù)據(jù)，對(duì)于Windows程序的分頁可能就是滾動(dòng)條性質(zhì)的了，在滾動(dòng)條下拉的時(shí)候再去呈現(xiàn)當(dāng)前“頁”的數(shù)據(jù)

2）即使是一頁的數(shù)據(jù)，也可以一部分一部分呈現(xiàn)

舉個(gè)例子，對(duì)于word文檔的加載一般我們一打開就可以看到第一頁，然后滾動(dòng)塊慢慢變小，頁數(shù)慢慢增多，如果一開始就加載1000頁的話我們可能要1分鐘后才能看到第一頁，如果等不及直接向后翻滾動(dòng)條的話會(huì)立即加載后面的數(shù)據(jù)：

new Thread(() =>  
{  
    StringBuilder sb = new StringBuilder();  
    for (int i = 0; i < 100; i++)  
        sb.Append("test");  
    string s = sb.ToString();  
    for (int i = 0; i < 20; i++)  
    {  
        BeginInvoke(new Action(() =>  
        {  
            textBox1.Text += s + i;  
        }));  
        Thread.Sleep(10);  
    }  
}).Start();