将 C++/WinRT 中的线程切换体验带到 C# 中来（WPF 版本）

原文:将 C++/WinRT 中的线程切换体验带到 C# 中来（WPF 版本）

如果你要在 WPF 程序中使用线程池完成一个特殊的任务，那么使用 .NET 的 API Task.Run 并传入一个 Lambda 表达式可以完成。不过，使用 Lambda 表达式会带来变量捕获的一些问题，比如说你需要区分一个变量作用于是在 Lambda 表达式中，还是当前上下文全局（被 Lambda 表达式捕获到的变量）。然后，在静态分析的时候，也难以知道此 Lambda 表达式在整个方法中的执行先后顺序，不利于分析潜在的 Bug。

在使用 async/await 关键字编写异步代码的时候，虽然说实质上也是捕获变量，但这时没有显式写一个 Lambda 表达式，所有的变量都是被隐式捕获的变量，写起来就像在一个同步方法一样，便于理解。

本文内容

    • C++/WinRT
    • C# / .NET / WPF 版本
    • Raymond Chen 的版本

C++/WinRT

以下 C++/WinRT 的代码来自 Raymond Chen 的示例代码。Raymond Chen 写了一个 UWP 的版本用于模仿 C++/WinRT 的线程切换效果。在看他编写的 UWP 版本之前我也思考了可以如何实现一个 .NET / WPF 的版本，然后成功做出了这样的效果。

Raymond Chen 的版本可以参见：C++/WinRT envy: Bringing thread switching tasks to C# (UWP edition) - The Old New Thing。

winrt::fire_and_forget MyPage::Button_Click()
{
  // We start on a UI thread.
  auto lifetime = get_strong();

  // Get the control‘s value from the UI thread.
  auto v = SomeControl().Value();

  // Move to a background thread.
  co_await winrt::resume_background();

  // Do the computation on a background thread.
  auto result1 = Compute1(v);
  auto other = co_await ContactWebServiceAsync();
  auto result2 = Compute2(result1, other);

  // Return to the UI thread to provide an interim update.
  co_await winrt::resume_foreground(Dispatcher());

  // Back on the UI thread: We can update UI elements.
  TextBlock1().Text(result1);
  TextBlock2().Text(result2);

  // Back to the background thread to do more computations.
  co_await winrt::resume_background();

  auto extra = co_await GetExtraDataAsync();
  auto result3 = Compute3(result1, result2, extra);

  // Return to the UI thread to provide a final update.
  co_await winrt::resume_foreground(Dispatcher());

  // Update the UI one last time.
  TextBlock3().Text(result3);
}



    

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可以看到，使用 co_await winrt::resume_background(); 可以将线程切换至线程池，使用 co_await winrt::resume_foreground(Dispatcher()); 可以将线程切换至 UI。

也许你会觉得这样没什么好处，因为 C#/.NET 的版本里面 Lambda 表达式一样可以这么做：

await Task.Run(() =>
{
    // 这里的代码会在线程池执行。
});
// 这里的代码会回到 UI 线程执行。



    

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但是，现在我们给出这样的写法：

// 仅在某些特定的情况下才使用线程池执行，而其他情况依然在主线程执行 DoSomething()。
if (condition) {
  co_await winrt::resume_background();
}

DoSomething();



    

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你就会发现 Lambda 的版本变得很不好理解了。

C# / .NET / WPF 版本

我们现在编写一个自己的 Awaiter 来实现这样的线程上下文切换。

关于如何编写一个 Awaiter，可以阅读我的其他博客：

这里，我直接贴出我编写的 DispatcherSwitcher 类的全部源码。

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;
using System.Threading.Tasks;
using System.Windows.Threading;

namespace Walterlv.ThreadSwitchingTasks
{
    public static class DispatcherSwitcher
    {
        public static ThreadPoolAwaiter ResumeBackground() => new ThreadPoolAwaiter();

        public static ThreadPoolAwaiter ResumeBackground(this Dispatcher dispatcher)
            => new ThreadPoolAwaiter();

        public static DispatcherAwaiter ResumeForeground(this Dispatcher dispatcher) =>
            new DispatcherAwaiter(dispatcher);

        public class ThreadPoolAwaiter : INotifyCompletion
        {
            public void OnCompleted(Action continuation)
            {
                Task.Run(() =>
                {
                    IsCompleted = true;
                    continuation();
                });
            }

            public bool IsCompleted { get; private set; }

            public void GetResult()
            {
            }

            public ThreadPoolAwaiter GetAwaiter() => this;
        }

        public class DispatcherAwaiter : INotifyCompletion
        {
            private readonly Dispatcher _dispatcher;

            public DispatcherAwaiter(Dispatcher dispatcher) => _dispatcher = dispatcher;

            public void OnCompleted(Action continuation)
            {
                _dispatcher.InvokeAsync(() =>
                {
                    IsCompleted = true;
                    continuation();
                });
            }

            public bool IsCompleted { get; private set; }

            public void GetResult()
            {
            }

            public DispatcherAwaiter GetAwaiter() => this;
        }
    }
}



    

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Raymond Chen 取的类名是 ThreadSwitcher，不过我认为可能 Dispatcher 在 WPF 中更能体现其线程切换的含义。

于是，我们来做一个试验。以下代码在 MainWindow.xaml.cs 里面，如果你使用 Visual Studio 创建一个 WPF 的空项目的话是可以找到的。随便放一个 Button 添加事件处理函数。

private async void DemoButton_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
    var id0 = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;

    await Dispatcher.ResumeBackground();

    var id1 = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;

    await Dispatcher.ResumeForeground();

    var id2 = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;
}



    

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id0 和 id2 在主线程上，id1 是线程池中的一个线程。

这样，我们便可以在一个上下文中进行线程切换了，而不需要使用 Task.Run 通过一个 Lambda 表达式来完成这样的任务。

现在，这种按照某些特定条件才切换到后台线程执行的代码就很容易写出来了。

// 仅在某些特定的情况下才使用线程池执行，而其他情况依然在主线程执行 DoSomething()。
if (condition)
{
    await Dispatcher.ResumeBackground();
}

DoSomething();



    

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Raymond Chen 的版本

Raymond Chen 后来在另一篇博客中也编写了一份 WPF / Windows Forms 的线程切换版本。请点击下方的链接跳转至原文阅读：

我在为他的代码添加了所有的注释后，贴在了下面：

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;
using System.Threading;
using System.Windows.Forms;
using System.Windows.Threading;

namespace Walterlv.Windows.Threading
{
    /// <summary>
    /// 提供类似于 WinRT 中的线程切换体验。
    /// </summary>
    /// <remarks>
    /// https://devblogs.microsoft.com/oldnewthing/20190329-00/?p=102373
    /// https://blog.walterlv.com/post/bring-thread-switching-tasks-to-csharp-for-wpf.html
    /// </remarks>
    public class ThreadSwitcher
    {
        /// <summary>
        /// 将当前的异步等待上下文切换到 WPF 的 UI 线程中继续执行。
        /// </summary>
        /// <param name="dispatcher">WPF 一个 UI 线程的调度器。</param>
        /// <returns>一个可等待对象，使用 await 等待此对象可以使后续任务切换到 UI 线程执行。</returns>
        public static DispatcherThreadSwitcher ResumeForegroundAsync(Dispatcher dispatcher) =>
            new DispatcherThreadSwitcher(dispatcher);

        /// <summary>
        /// 将当前的异步等待上下文切换到 Windows Forms 的 UI 线程中继续执行。
        /// </summary>
        /// <param name="control">Windows Forms 的一个控件。</param>
        /// <returns>一个可等待对象，使用 await 等待此对象可以使后续任务切换到 UI 线程执行。</returns>
        public static ControlThreadSwitcher ResumeForegroundAsync(Control control) =>
            new ControlThreadSwitcher(control);

        /// <summary>
        /// 将当前的异步等待上下文切换到线程池中继续执行。
        /// </summary>
        /// <returns>一个可等待对象，使用 await 等待此对象可以使后续的任务切换到线程池执行。</returns>
        public static ThreadPoolThreadSwitcher ResumeBackgroundAsync() =>
            new ThreadPoolThreadSwitcher();
    }

    /// <summary>
    /// 提供一个可切换到 WPF 的 UI 线程执行上下文的可等待对象。
    /// </summary>
    public struct DispatcherThreadSwitcher : INotifyCompletion
    {
        internal DispatcherThreadSwitcher(Dispatcher dispatcher) =>
            _dispatcher = dispatcher;

        /// <summary>
        /// 当使用 await 关键字异步等待此对象时，将调用此方法返回一个可等待对象。
        /// </summary>
        public DispatcherThreadSwitcher GetAwaiter() => this;

        /// <summary>
        /// 获取一个值，该值指示是否已完成线程池到 WPF UI 线程的切换。
        /// </summary>
        public bool IsCompleted => _dispatcher.CheckAccess();

        /// <summary>
        /// 由于进行线程的上下文切换必须使用 await 关键字，所以不支持调用同步的 <see cref="GetResult"/> 方法。
        /// </summary>
        public void GetResult()
        {
        }

        /// <summary>
        /// 当异步状态机中的前一个任务结束后，将调用此方法继续下一个任务。在此可等待对象中，指的是切换到 WPF 的 UI 线程。
        /// </summary>
        /// <param name="continuation">将异步状态机推进到下一个异步状态。</param>
        public void OnCompleted(Action continuation) => _dispatcher.BeginInvoke(continuation);

        private readonly Dispatcher _dispatcher;
    }

    /// <summary>
    /// 提供一个可切换到 Windows Forms 的 UI 线程执行上下文的可等待对象。
    /// </summary>
    public struct ControlThreadSwitcher : INotifyCompletion
    {
        internal ControlThreadSwitcher(Control control) =>
            _control = control;

        /// <summary>
        /// 当使用 await 关键字异步等待此对象时，将调用此方法返回一个可等待对象。
        /// </summary>
        public ControlThreadSwitcher GetAwaiter() => this;

        /// <summary>
        /// 获取一个值，该值指示是否已完成线程池到 Windows Forms UI 线程的切换。
        /// </summary>
        public bool IsCompleted => !_control.InvokeRequired;

        /// <summary>
        /// 由于进行线程的上下文切换必须使用 await 关键字，所以不支持调用同步的 <see cref="GetResult"/> 方法。
        /// </summary>
        public void GetResult()
        {
        }

        /// <summary>
        /// 当异步状态机中的前一个任务结束后，将调用此方法继续下一个任务。在此可等待对象中，指的是切换到 Windows Forms 的 UI 线程。
        /// </summary>
        /// <param name="continuation">将异步状态机推进到下一个异步状态。</param>
        public void OnCompleted(Action continuation) => _control.BeginInvoke(continuation);

        private readonly Control _control;
    }

    /// <summary>
    /// 提供一个可切换到线程池执行上下文的可等待对象。
    /// </summary>
    public struct ThreadPoolThreadSwitcher : INotifyCompletion
    {
        /// <summary>
        /// 当使用 await 关键字异步等待此对象时，将调用此方法返回一个可等待对象。
        /// </summary>
        public ThreadPoolThreadSwitcher GetAwaiter() => this;

        /// <summary>
        /// 获取一个值，该值指示是否已完成 UI 线程到线程池的切换。
        /// </summary>
        public bool IsCompleted => SynchronizationContext.Current == null;

        /// <summary>
        /// 由于进行线程的上下文切换必须使用 await 关键字，所以不支持调用同步的 <see cref="GetResult"/> 方法。
        /// </summary>
        public void GetResult()
        {
        }

        /// <summary>
        /// 当异步状态机中的前一个任务结束后，将调用此方法继续下一个任务。在此可等待对象中，指的是切换到线程池中。
        /// </summary>
        /// <param name="continuation">将异步状态机推进到下一个异步状态。</param>
        public void OnCompleted(Action continuation) => ThreadPool.QueueUserWorkItem(_ => continuation());
    }
}



    

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参考资料


我的博客会首发于 https://blog.walterlv.com/，而 CSDN 会从其中精选发布，但是一旦发布了就很少更新。

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时间： 2024-11-06 22:27:40

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Java中的线程

理解线程 这段时间在看<Java并发编程实战>这本书,使自己对Java多线程的理解又加深一些,感觉自己可以总结一下了,本文就讲讲与线程有关的内容吧.我们要使用线程,首先需要理解线程,前短时间我在聊聊操作系统这篇文章中提到了一点关于线程的东西,有兴趣的同学可以读一下.有一点需要理解的就是,我们虽然常说"Java多线程",但实际上线程这东西是由操作系统提供支持的,它并不是由Java本身提供支持的,所以实际上线程的实现是平台相关的!看过Object类源码的同学应该都能注意到,Ob

用代码说话：如何在Java中实现线程

并发编程是Java语言的重要特性之一,"如何在Java中实现线程"是学习并发编程的入门知识,也是Java工程师面试必备的基础知识.本文从线程说起,然后用代码说明如何在Java中实现线程. 一.什么是线程? 线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位,它被包含在进程之中,是进程中的实际运作单位.程序员可以通过它进行多处理器编程,也可以使用多线程对运算密集型任务提速.如果使用得当,线程可以有效地降低程序的开发和运维成本,同时能够提升程序的性能. 二.线程和进程有什么区别? 线程是进程的子集,

分布式系统中的线程与进程

进程 虽然进程构成了分布式系统中的基本组成单元,但是操作系统提供的用于构建分布式系统的进程在粒度上还是太大了,而就粒度而言,将每个进程细分为若干控制线程的形式则更加合适. 为了程序执行的需要,操作系统创建多个虚拟处理器,每个虚拟处理器运行一个程序.为了保持对这些虚拟处理器的跟踪,操作系统中有一张进程表.其包含的条目中存储着CPU寄存器值.内存映像.打开的文件.统计信息.特权信息等. 操作系统特别注意确保独立的进程不会有意或无意地破坏其他独立进程运行的正确性.也就是说,多个进程并发地共享同一个CP

Java中的线程池

综述 在我们的开发中经常会使用到多线程.例如在Android中,由于主线程的诸多限制,像网络请求等一些耗时的操作我们必须在子线程中运行.我们往往会通过new Thread来开启一个子线程,待子线程操作完成以后通过Handler切换到主线程中运行.这么以来我们无法管理我们所创建的子线程,并且无限制的创建子线程,它们相互之间竞争,很有可能由于占用过多资源而导致死机或者OOM.所以在Java中为我们提供了线程池来管理我们所创建的线程. 线程池的使用 采用线程池的好处 在这里我们首先来说一下采用线程池的

（转）同一进程中的线程究竟共享哪些资源

线程共享的环境包括:进程代码段.进程的公有数据(利用这些共享的数据,线程很容易的实现相互之间的通讯).进程打开的文件描述符.信号的处理器.进程的当前目录和进程用户ID与进程组ID. 进程拥有这许多共性的同时,还拥有自己的个性.有了这些个性,线程才能实现并发性.这些个性包括: 1.线程ID      每个线程都有自己的线程ID,这个ID在本进程中是唯一的.进程用此来标识线程. 2.寄存器组的值       由于线程间是并发运行的,每个线程有自己不同的运行线索,当从一个线程切换到另一个线程上时,必须

初解Java中的线程

线程与进程的区别: 进程(process)本质上是一个执行的程序,每个进程有独立的代码和数据空间.基于进程的多任务处理的特点是允许你的计算机同时运行两个或更多的程序.举例来说,就是你的电脑在运行QQ的同时还可以飞信等其它应用程序.在基于进程的多任务处理中,程序是调度程序所分派的最小代码单位. 线程(thread-based) 是一个程序内部的顺序控制流.可以看成是轻量的进程,同一线程共享代码和数据空间.简单来说就是你用酷狗听着音乐,同时还可以搜索自己喜欢的歌. 线程的优先级: Java给每个线程

线程基础：线程（2）——JAVA中的基本线程操作（上）

文章注明来源:http://blog.csdn.net/yinwenjie,主要供自己学习转载用 1.JAVA中线程的状态 1-1.#对象锁 在Java中每一个对象都有一把‘锁’,这个‘锁’可以是开放状态:也可以由某一个线程(或者多个线程)持有‘钥匙’:一旦在系统中某个对象的‘锁’存在至少一把‘钥匙’,那么任何线程操作这个对象,都必须验证是否有‘钥匙’,如果没有则会报IllegalMonitorStateException异常. 可是‘锁芯’(对象独占权)只有一个,那么可以打开这把锁的多个‘钥匙

C#中的线程(一)入门

C#中的线程(一)入门 - wota - 博客园 公告 文章系参考转载,英文原文网址请参考:http://www.albahari.com/threading/ 作者 Joseph Albahari,  翻译 Swanky Wu 本系列文章可以算是一本很出色的C#线程手册,思路清晰,要点都有介绍,看了后对C#的线程及同步等有了更深入的理解. 入门 概述与概念 创建和开始使用多线程 线程同步基础 同步要领 锁和线程安全 Interrupt 和 Abort 线程状态 等待句柄 同步环境 使用多线程

C++11 中的线程、锁和条件变量

转自:http://blog.jobbole.com/44409/ 线程 类std::thread代表一个可执行线程,使用时必须包含头文件<thread>.std::thread可以和普通函数,匿名函数和仿函数(一个实现了operator()函数的类)一同使用.另外,它允许向线程函数传递任意数量的参数. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 #include <thread> void func() {    // do some work } int