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.net的异步编程

信息来源:http://www.itbenet.com/ 发布人:北大青鸟 发布时间:2011-5-13 9:28:19

  F#是一个强类型的函数式编程语言,现在是2.0版本,在VS2010中正式作为first-class语言出现。其主要设计者是Don Syme,同是.NET中的泛型的主要设计者之一。

  我们来看看文章中都包含的那个示例使用F#的代码将是怎样:

以下是代码片段:
    let asyncDownload (url:string) =
  async{
  let req = WebRequest.Create(url)
  let! resp = req.AsyncGetResponse()
  use stream = resp.GetResponseStream()
  let reader = new StreamReader(stream)
  return reader.ReadToEnd()
  }


  很短小精悍吧(实际上这段代码可以更短,但为了说明异步的编写方式,我没有使用那些看起来有点“怪”的语法)。下面我们来解读一下这段代码,希望本文结束后你能对F#中的异步有点初步的印象。

  F#中用let定义一个值,比如:

以下是代码片段:
let value = 5


  不过上面的代码是用let定义一个函数。不过请记住,F#是函数式编程语言,在这里函数也是值。观察上面的代码,let后面是函数名,然后跟着函数的参数列表(url : string)。F#有强大的类型推断能力,一般情况下参数的类型是不需要写的,但是在这个代码中因为WebRequest.Create方法有多个重载方式,所以无法推断出url的类型,需要加上string。注意这里定义类型的方式。

  下面是本问有趣的地方了:async{…}。这就是所谓的异步工作流,它实际上是AsyncBuilder的一个全局示例。而被包括在async{}内的一些操作被转换为FSharpAsyncBuilder的方法调用,这种使用方式在F#里称之为工作流(Workflow)。注意,这和业务系统中的工作流程系统是不同的。关于工作流我会在下一篇文章中详细介绍。现在我们只需要知道async{}执行的结果放回的是一个Async<’a>(泛型)类型的东西,这个东西表示一个可以被调度运行的任务,我们可以这样使用这个方法:

以下是代码片段:
Async.RunSynchronously(asyncDownload(http://www.itbenet.com))


  Async.RunSynchronously会将asyncDownload返回的这个异步任务放到线程池中执行,然后阻塞线程等待返回结果。

  在这里需要说明的是,前面下载网页内容的代码是异步执行的。当调用req.AsyncGetResponse时只是注册异步回调,但是并不阻塞线程。当从远程服务器拿到响应后会接着执行req.AsyncGetResponse后面的内容。这样就用非常自然的同步顺序的方式,编写出异步的代码。这比之前使用各种第三方类库的hack方式看起来更自然。至于这种方式背后的实现原理,敬请期待下篇文章。

  但这里存在一个问题是,如果我们现在的场景是这样的:

  在Winform窗体上有一个按钮,点击按钮后下载网页内容,然后将内容显示在页面上的一个文本框中。那么这里使用Async.RunSynchronously就不是个好注意。RunSynchronously会阻塞UI线程直到返回结果,那么我们在本系列开始的时候提到构建灵敏的UI的目的就没有达到。我们不能阻塞UI线程,应该让它执行完毕后调用我们的代码将内容显示在文本框中。幸好Async提供了StartWithContinuations方法,我们就可以这样来执行我们的下载程序了:

以下是代码片段:
    Async.StartWithContinuations(asyncDownload("http://www.itbenet.com",
  (func html -> textBox.Text = html),
  (func ex -> MessageBox.Show(ex.Message))
  (func canl -> MessageBox.Show("canceled"))


  Async.StartWithContinuations第一个参数接收的是我们异步执行的任务,然后接收三个回调。这三个回调就是我在.NET中的异步编程(三)- Continuation passing style以及使用yield实现异步中介绍的continuation。它们分别是成功执行后将怎样(在textBox中显示),发生异常后怎样(使用MessageBox显示警告),以及任务被取消了将怎样。使用这个后这里就不再有阻塞了,continuation是在asyncDownload执行完毕后触发的,不是通过阻塞线程“等”来的。

 

实际上在textBox中显示html源代码这个回调不再是在UI线程上工作了,聪明的你应该知道这样会抛出“不在创建控件的线程上修改控件的属性”的异常,但是奇怪的是这里却没有抛出这个异常,这都是StartWithContinuations的功劳,它在开始运行的时候会捕获当前程序的上下文(SynchronizationContext),然后在执行continuations的时候会在原来捕获的上下文中执行代码,所以也就不会抛出那个异常了。

  req.AsyncGetResponse的实现:

  在这里我还想介绍的就是req.AsyncGetResponse,其实现思路在异步编程封装里经常使用,在Async CTP中也提供了类似的扩展类库。AsyncGetResponse方法是一个WebRequest的扩展方法,在内部调用Async.FromBeginEnd封装WebRequest的BeginGetResponse和EndGetResponse。其大概想法就是这样的:

以下是代码片段:
    //以下都不是真实代码,仅为了阐明思路
  publicstatic Async AsyncGetResponse(this WebRequest request)
  {
  return Async.FromBeginEnd(request.BeginGetResponse,request.EndGetResponse,request);
  }
  //下面是Async类的FromBeginEnd方法伪代码
  publicstatic Async FromBeginEnd(Func beginAction,Func endAction,WebRequest request)
  {
  //创建一个async,类似一个工作项或Task
  Async async = ...
  IAsyncResult ar = null;
  AsyncCallback callback = (state) =>
  {
  WebResponse response = endAction(ar);
  //当给async这个任务设定了结果后就表明该任务执行完毕了,它以后的任务可以接着执行了
  async.Result = response;
  };
  ar = beginAction(callback,request);
  return async;
  }


  我们可以将Async所代表的东西当作一个可以在未来某个时刻获得结果的任务,它现在还在执行。等到它的Result被设置的时候该任务就会完成,完成后就会触发一个事件,我们要做的就是注册这个事件,然后在事件发生后我们接着执行req.AsyncGetResponse的代码(如何实现是工作流的功劳)。

  F#中还提供了对其他异步方法的扩展,思路跟这里差不多,都可以使用AsyncXXX的方法调用。

  这里需要注意的是,因为Async<’a>仅仅表示一个未来可获得结果的任务,所以它内部不一定必须包含异步的操作。我们甚至可以将一段计算密集型的代码放到它内部(比如解一个方程),它就仅仅提供了一个调度的单元,更好的组织我们的代码。比如下面这样的代码:

以下是代码片段:
Async.Parallel [ async{//长时间运行的任务1}; async{//长时间运行的任务2}....]


  我们利用async{}创建很多运算单元,然后利用Async.Parallel方法并行的执行这些计算单元。这样的代码比零散执行的代码更容易读,就像创建了很多对象来表示这些计算单元一样。