Silverlight 的多线程能力(上)

  • 吴磊

2011 年 3 月 8 日

话题:Java.NETRuby语言 & 开发

对于多线程其实一直以来都存在很多误区:比如多任务与多线程就很容易被混为一谈,而多线程也常被理所应当的认为是并行等等。而事实却是:多任务≠多线程、单任务≠单线程、多线程不一定并行,多线程与性能不成线性关系等等,其中道理在这里不再详述。笔者认为 Silverlight 多线程主要作用不是在于提高性能,而是在于用户体验,其根本目的是解决用户体验中的响应速度,减少单线程带来的阻塞问题。用一个贴切的例子来形容单线程和多线程的区别:单线程就好像只有一个服务窗口卖票的车站,人们排队买票时都是单线程处理的,而且不能抢夺位置,这样只要前方有一个人出现长时间等待,后面的人都不能被响应,这就出现了单线程阻塞;而多线程就好像有多个服务窗口去卖票,这样车票买卖和等待的情况就会好很多(当然这个例子如果换成公共厕所,对于用户体验就显得更为重要了)。

这次我们就要来看看 Silverlight 的多线程能力,其实 Silverlight 的多线程体现在两大方面:

第一方面是将 UI 线程与后台工作线程的分离,使得 UI 线程可以更好地响应用户操作,而后台线程处理完后,允许通过异步的方式将处理结果推回前台进行展示。笔者认为这是多线程在 Silverlight 中最主要的作用(很多传统 Web 应用开发者在刚开始接触 Silverlight 时很不适应这种前后台线程的异步操作)。

第二方面是对后台作业的多线程支持,比如当需要在客户端后台并行运算时,你可以通过发起多个线程来完成这些运算。在上期《Silverlight CoreCLR 结构浅析》中,我已经给大家介绍了 Silverlight 的基础类库,其中就包括多线程的相关类集。

UI 线程是 Silverlight 与用户交互的线程,在 Silverlight 中 UI 线程是单一的,其中装入的是 UI 控件类及用于数据绑定的 View Model 类(什么是 View Model?就是只为 View 层服务的实体,如果要展开说会很长,就此打住!),而在后台线程中是不能直接访问这些 UI 线程中的数据与控件对象的属性。但大家不用担心,Silverlight 和 WPF 的线程模型都使用了类似于 Java Swing 中 EDT(Event Dispatch Thread)这种安全的事件分发线程模型来解决 UI 线程与其他后台线程的数据互访问题。在 Silverlight(WPF)的控件类库 System.Windows 下所有类都继承了 DependencyObject 基类,DependencyObject 类不仅提供了 Silverlight(WPF)最基础的依赖性属性服务(什么是依赖性属性?简单的说就是对象属性值依赖于其他计算值的方式,这种方式为数据绑定、动画、重用样式都提供了可行性,这里不再展开),同时也开启了 UI 线程与后台线程的数据互访通道,在 DependencyObject 中有一个非常重要的属性——Dispatcher,后台线程可以通过调用发起者(一般都是 UI 控件)的 Dispatcher 来实现互操作,后台线程可以通过下面的方式来直接操作 UI 线程中的对象:

_UISender.Dispatcher.BeginInvoke(() => 
{ 
    // 这里可以访问 UI 线程中的对象,因为这个委托本身就在 UI 线程中执行 
}

上面的 ()=> 是 Lamda 表达式中对于无入参的委托方法的简写形式,如果有传入参数可以在括号中列明,当然你也可以使用 Action 各种重载到其他地方实现委托过程。

如果要实现 UI 线程创建并访问后台线程就更加简单,Silverlight 提供了多种创建后台线程的方式:

  • 基于普通的 System.Threading.Thread 类创建后台线程
  • Thread 类是最基础的多线程类,它可以创建一个独立运行的线程,比如:

Threadthread = new Thread(obj.functionName); 
thread.IsBackground = true; 
thread.Start();

但 Thread 对于线程的监控、销毁、回调都比较复杂,因此笔者往往使用 Thread 来完成一些简单的且不需要回调的任务。

  • 基于 System.Windows.Threading.DispatchTimer 类创建后台定时器线程
  • DispatchTimer 类是 Silverlight(WPF)里才出现的后台线程定时器,相较于原有 System.Threading.Timer 差别在于 DispatchTimer 是真正的在后台线程内独立执行,而 Timer 仍然在 UI 线程中执行,只是定时获得 UI 线程控制权而已。DispatchTimer 只适合于定时执行的任务,你可以根据需要来设置等待时歇,其创建方式如下:

    DispatcherTimer dt = new DispatcherTimer(); 
    dt.Interval = new TimeSpan(0, 0, 0, 0, 10); 
    dt.Tick += new EventHandler(dt_Tick); 
    dt.Start(); 
    void dt_Tick(object sender, EventArgs e) 
    { 
        // 超过等待时歇时发生 
        // 这里可以访问 UI 线程中的对象 
        // 如果要结束定时器可以调用 dt.Stop(); 
    }

    DispatcherTimer 其实也是除 StoryBoard 外可以实现动画的重要组件,当然要慎用 DispatcherTimer 来构建过多后台线程,否则会使 CPU 调度开销增加反而影响效率!(调度开销将在下部分讲解)

  • 基于 System.ComponentModel.BackgroundWorker 类轻松创建后台线程
  • 微软在 WinForm 架构中就引入了 BackgroundWorker 类,这个类内建了许多线程包装方法,从而大大简化线程交互的编码过程。在 Silverlight(WPF)中也可以通过 BackgroundWorker 类来轻松创建后台线程,其创建方式如下:

    BackgroundWorker bw = new BackgroundWorker(); 
    bw.DoWork += new DoWorkEventHandler((object, doworkeventarg) =>obj.function()); 
    bw.RunWorkerCompleted += new RunWorkerCompletedEventHandler(bw_RunWorkerCompleted); 
    if(!bw.IsBusy) bw.RunWorkerAsync(); 
    void bw_RunWorkerCompleted(object sender, RunWorkerCompletedEventArgs e) 
    { 
        // 任务完成时回调事件 
    }

    BackgroundWorker 也可以通过 ReportProgress(intpercentProgress) 方法来向其他线程报告其进度完成情况,当然这只适合于可量化进度的后台工作线程,其实现如下:

    // 后台线程 obj.function() 中 
    … 
    obj.ReportProgress(i); 
    … 
    // 在 UI 线程中定义报告时间委托 
    bw.ProgressChanged += new ProgressChangedEventHandler(bw_ProgressChanged); 
    void bw_ProgressChanged(object sender, ProgressChangedEventArgs e) 
    { 
        // 显示进度的相关处理方法 
    }
  • 基于 System.Threading.ThreadPool 静态类创建后台线程
  • 在所有多线程解决方案中,ThreadPool 线程池是笔者最常用的技术。其优点在于易于控制并且减少开销,在线程池中的线程不会由于完成一个任务就消亡,而是会继续执行其他的任务,大大减少了线程的创建与销毁开销。ThreadPool 中的 QueueUserWorkItem 方法可以将任何处理函数排入后台线程队列中执行,其创建方式也非常简单:

    obj.OnEvent += (object, eventarg) => Dispatcher.BeginInvoke(UI_OnEvent); 
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(state =>obj.function(), stat); 
    voidUI_OnEvent() 
    { 
        // 后台线程事件发生时的回调事件 
    }

    在后台线程对象 obj 中你可以随意定义回调事件,并通过 Dispatcher.BeginInvoke 的方法来通知 UI 线程的委托。这样的方式比较简单而且实用。当然 ThreadPool 类还提供了 RegisterWaitForSingleObject 方法来实现 Timer 定时器的功能,可以说 ThreadPool 是在企业应用中比较常用的多线程实现类。

    至此,就给大家介绍了 Silverlight 常用多线程实现方式,但笔者还要强调的是:Silverlight 的多线程是为了提升用户体验。其实 Silverlight 开发围绕的关键是用户体验,用户体验在现代商业应用开发中的地位非常的重要。本主题的下半部分,笔者将通过一个实例来为大家讲述 Silverlight 的多线程性能,以及与其他 Web 开发技术的性能对比。

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