原文:WCF技术剖析之十一：异步操作在WCF中的应用（上篇）
按照操作执行所需的资源类型，我们可以将操作分为CPU绑定型（CPU Bound）操作和I/O绑定型（I/O Bound）操作。对于前者，操作的执行主要利用CPU进行密集的计算，而对于后者，大部分的操作处理时间花在I/O操作处理，比如访问数据库、文件系统、网络资源等。对于I/O绑定型操作，我们可以充分利用多线程的机制，让多个操作在自己的线程并发执行，从而提高系统性能和响应能力。服务调用就是典型的I/O绑定型操作，所以多线程在服务调用中具有广泛的应用。在本篇文章中，我们专门来讨论多线程或者是异步操作在WCF中的具体应用。
如果按照异步操作发生的位置，我个人将WCF应用的异步操作分为下面3种变体。
- 异步信道调用：客户端通过绑定创建的信道向服务端发送消息，从而实现了对服务的调用，不管消息通过信道向服务端发送的方式是同步的（采用请求-回复MEP进行消息交换）还是异步的（采用单向MEP进行消息交换），客户端程序都可以通过代理对象异步地调用信道，从而实现异步服务调用；
- 单向（One-way）消息交换：客户端的信道通过单向的消息交换模式向服务端发送消息，消息一旦抵达传输层马上返回，从而达到异步服务调用的效果；
- 异步服务实现：服务端在具体实现服务操作的时候，采用异步调用的方式。
图1清晰地揭示了以上3种异步场景在整个服务调用中所发生的时机。对于这3种典型的异步操作，它们之间是相互独立的。对于单向消息交换，由于在上面一节中已经进行过详细的介绍，在本节中主要介绍其余两种异步操作的具体使用。本篇文章我们着重探讨第一种形式（异步信道调用）的异步调用，关于异步服务的实现放在下篇中。
图1 WCF多线程应用的三种典型场景
为了方便客户端进行异步的服务调用，最简便的方式就通过SvcUtil.exe这个代码生成工具帮助我们生成机遇异步调用的服务代理类。由于SvcUtil.exe同时也为VS提供了添加服务引用的实现，异步服务代理也可以通过添加服务引用的方式创建。在具体通过服务代理进行异步服务调用的时候，可以采用不同的调用形式，不仅可以采用参数典型的BeginXxx和EndXxx的形式，也可以采用回调（Callback）的形式，还可以采用事件注册的形式。
一、异步服务代理的创建
对于任何一个服务操作，不管它是否采用了异步的实现方式，也不管是否采用单向的消息交换模式，我们均可以通过添加服务引用或者直接使用SvcUtil.exe的方式创建异步服务代理，对服务进行异步调用。
如果通过添加服务引用的方式来创建异步服务代理，只需要在添加服务引用对话框中点击“高级（Advanced）”按钮，便会弹出如下一个“服务引用设置（Service Reference Settings）”对话框，勾选“生成异步操作（Generate asynchronous operations）”复选框即可，如图2所示。
图2 添加服务引用时生成异步操作的设置
通过这种方式生成的代理类与没有选择“生成异步操作”选项一样，都是生成一个继承自ClientBase<TChannel>的类，所不同的是，该类中会多出一些与异步服务调用相关的成员。我们同样以我们的CalculatorService为例（服务契约的定义如下）。
1: [ServiceContract(Namespace="urn:artech.com")]
2: public interface ICalculator
3: {
4: [OperationContract]
5: double Add(double x, double y);
6: }
通过这种方式生成的代理类CalculateClient会多出下面列出的事件和方法成员。
1: public partial class CalculateClient : ClientBase< ICalculator>, ICalculator
2: {
3: //其他成员
4: public event System.EventHandler<AddCompleteEventArgs> AddComplete;
5: public IAsyncResult BeginAdd(double x, double y, AsyncCallback callback, object asyncState)
6: {
7: //省略实现
8: }
9:
10: public double EndAdd(System.IAsyncResult result)
11: {
12: //省略实现
13: }
14:
15: public void AddAsync(double x, double y)
16: {
17: //省略实现
18: }
19:
20: public void AddAsync(double x, double y, object userState)
21: {
22: //省略实现
23: }
24: }
事件AddComplete将在Add操作执行之后触发，你可以注册该事件，在运算结束之后做一些特殊的工作，比如运算结果的显示。该事件包含一个特殊的EventArgs：AddCompleteEventArgs。该事件参数类型同样是通过添加服务引用自动创建的。AddCompleteEventArgs继承自System.ComponentModel.AsyncCompleteEventArgs。在事件处理器中可以通过该参数得到异步方法执行的结果（Result属性）和异步操作执行过程中抛出的异常（Error属性），以及得到在执行异步操作显式指定的信息（UserState）。AddCompleteEventArgs和AsyncCompleteEventArgs的定义如下。
1: public partial class AddCompleteEventArgs : AsyncCompleteEventArgs
2: {
3:
4: public AddCompleteEventArgs(object[] results,Exception exception, bool cancelled, object userState) :
5: base(exception, cancelled, userState)
6: {
7: //省略实现
8: }
9:
10: public double Result
11: {
12: get
13: {
14: //省略实现
15: }
16: }
17: }
1: public class AsyncCompleteEventArgs : EventArgs
2: {
3: public bool Cancelled { get; }
4: public Exception Error { get; }
5: public object UserState { get; }
6: }
二、通过BeginXxx/EndXxx进行异步服务调用
接下来我将介绍3种不同的执行异步服务调用的方式，为了简单起见，我们以上面提到的CalculatorService为例演示通过异步操作得到运算结果，并将结果输出。首先采用传统的异步编程模式BeginXxx/EndXxx，如下面的代码所示，在调用BeginAdd方法后，可以做一些额外的处理工作，这些工作将会和Add服务操作的调用并发地运行，最终的运算结果通过EndAdd方法得到。
1: CalculateClient proxy = new CalculateClient();
2: IAsyncResult asynResult = proxy.BeginAdd(1, 2, null, null);
3: //其他操作
4: double result = proxy.EndAdd(asynResult);
5: proxy.Close();
6: Console.WriteLine("x + y = {2} when x = {0} and y = {1}", 1, 2, result);
三、通过回调的方式进行异步服务调用
通过上面的方式进行异步调用有一个不好的地方，就是当EndAdd方法被执行的时候，如果异步执行的方法Add没有执行结束的话，该方法将会阻塞当前线程并等待异步方法的结束，往往不能起到地多线程并发执行应有的作用。我们真正希望的是在异步执行结束后自动回调设定的操作，这样就可以采用回调的方式来实现这样的机制了。
在下面的代码中，我们通过一个匿名方法的形式定义回调操作，由于在回调操用中输出运算结果时需要使用到参与运算的操作数，我们通过BeginAdd方法的最后一个object类型参数实现向回调操作传递数据，在回调操作中通过IAsyncResult对象的AsyncState获得。
1: CalculateClient proxy = new CalculateClient();
2: proxy.BeginAdd(1, 2,
3: delegate(IAsyncResult asyncResult)
4: {
5: double[] operands = asyncResult.AsyncState as double[];
6: double result = proxy.EndAdd(asyncResult);
7: proxy.Close();
8: Console.WriteLine("x + y = {2} when x = {0} and y = {1}", operands[0], operands[1], result);
9: }, new double[]{1,2});
四、通过事件注册的方式进行异步服务调用
实际上，事件注册和通过回调从表现上看比较类似，当操作结束之后，对于前者通过触发事件的方式执行相应的操作，而对于后者直接执行指定的回调操作。如果采用事件注册的方式，上面的代码就可以改写成下面的形式。通过AddAsync开始异步操作，如果需要向AddComplete事件传递数据，可以使用该方法的第3个参数userState（该参数和BeginAdd的第4个参数asyncState具有相似的作用），设定的值可以通过AddCompleteEventArgs的UserState属性获得，而操作执行的结果则通过AddCompleteEventArgs的Result属性获得。
1: CalculateClient proxy = new CalculateClient();
2: proxy.AddComplete += delegate(object sender, AddCompleteEventArgs args)
3: {
4: double[] operands = args.UserState as double[];
5: double result = args.Result;
6: proxy.Close();
7: Console.WriteLine("x + y = {2} when x = {0} and y = {1}", operands[0], operands[1], result);
8: };
9: proxy.AddAsync(1, 2,new double[]{1,2});