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Invoke and BeginInvoke

Invoke and BeginInvoke

在Invoke或者BeginInvoke的使用中無一例外地使用了委托Delegate，至于委托的本質(zhì)請參考我的另一隨筆：對.net事件的看法。
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一、為什么Control類提供了Invoke和BeginInvoke機制？

關(guān)于這個問題的最主要的原因已經(jīng)是dotnet程序員眾所周知的，我在此費點筆墨再次記錄到自己的日志，以便日后提醒一下自己。

1、windows程序消息機制

Windows GUI程序是基于消息機制的，有個主線程維護(hù)著一個消息泵。這個消息泵讓windows程序生生不息。

????????????????????????????????????????????????? Windows GUI程序的消息循環(huán)

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Windows程序有個消息隊列，窗體上的所有消息是這個隊列里面消息的最主要來源。這里的while循環(huán)使用了GetMessage（）這個方法，這是個阻塞方法，也就是隊列為空時方法就會被阻塞，從而這個while循環(huán)停止運動，這避免了一個程序把cpu無緣無故地耗盡，讓其它程序難以得到響應(yīng)。當(dāng)然在某些需要cpu最大限度運動的程序里面就可以使用另外的方法，例如某些3d游戲或者及時戰(zhàn)略游戲中，一般會使用PeekMessage（）這個方法，它不會被windows阻塞，從而保證整個游戲的流暢和比較高的幀速。

這個主線程維護(hù)著整個窗體以及上面的子控件。當(dāng)它得到一個消息，就會調(diào)用DispatchMessage方法派遣消息，這會引起對窗體上的窗口過程的調(diào)用。窗口過程里面當(dāng)然是程序員提供的窗體數(shù)據(jù)更新代碼和其它代碼。

2、dotnet里面的消息循環(huán)

public static void Main(string[] args)

{

?? Form f = new Form();

?? Application.Run(f);

}

Dotnet窗體程序封裝了上述的while循環(huán)，這個循環(huán)就是通過Application.Run方法啟動的。

3、線程外操作GUI控件的問題

如果從另外一個線程操作windows窗體上的控件，就會和主線程產(chǎn)生競爭，造成不可預(yù)料的結(jié)果，甚至死鎖。因此windows GUI編程有一個規(guī)則，就是只能通過創(chuàng)建控件的線程來操作控件的數(shù)據(jù)，否則就可能產(chǎn)生不可預(yù)料的結(jié)果。

因此，dotnet里面，為了方便地解決這些問題，Control類實現(xiàn)了ISynchronizeInvoke接口，提供了Invoke和BeginInvoke方法來提供讓其它線程更新GUI界面控件的機制。

public interface ISynchronizeInvoke

{

??????? [HostProtection(SecurityAction.LinkDemand, Synchronization=true, ExternalThreading=true)]

??????? IAsyncResult BeginInvoke(Delegate method, object[] args);

??????? object EndInvoke(IAsyncResult result);

??????? object Invoke(Delegate method, object[] args);

??????? bool InvokeRequired { get; }

}

}

如果從線程外操作windows窗體控件，那么就需要使用Invoke或者BeginInvoke方法，通過一個委托把調(diào)用封送到控件所屬的線程上執(zhí)行。

二、消息機制---線程間和進(jìn)程間通信機制

1、window消息發(fā)送

Windows消息機制是windows平臺上的線程或者進(jìn)程間通信機制之一。Windows消息值其實就是定義的一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，最重要的是消息的類型，它就是一個整數(shù)；然后就是消息的參數(shù)。消息的參數(shù)可以表示很多東西。

Windows提供了一些api用來向一個線程的消息隊列發(fā)送消息。因此，一個線程可以向另一個線程的消息隊列發(fā)送消息從而告訴對方做什么，這樣就完成了線程間的通信。有些api發(fā)送消息需要一個窗口句柄，這種函數(shù)可以把消息發(fā)送到指定窗口的主線程消息隊列；而有些則可以直接通過線程句柄，把消息發(fā)送到該線程消息隊列中。

???????????????????????????????????????????????????

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用消息機制通信

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SendMessage是windows api，用來把一個消息發(fā)送到一個窗口的消息隊列。這個方法是個阻塞方法，也就是操作系統(tǒng)會確保消息的確發(fā)送到目的消息隊列，并且該消息被處理完畢以后，該函數(shù)才返回。返回之前，調(diào)用者將會被暫時阻塞。

PostMessage也是一個用來發(fā)送消息到窗口消息隊列的api函數(shù)，但這個方法是非阻塞的。也就是它會馬上返回，而不管消息是否真的發(fā)送到目的地，也就是調(diào)用者不會被阻塞。

2、Invoke and BeginInvoke

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??????????????????????????????????????????????????????? Invoke or BeginInvoke

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Invoke或者BeginInvoke方法都需要一個委托對象作為參數(shù)。委托類似于回調(diào)函數(shù)的地址，因此調(diào)用者通過這兩個方法就可以把需要調(diào)用的函數(shù)地址封送給界面線程。這些方法里面如果包含了更改控件狀態(tài)的代碼，那么由于最終執(zhí)行這個方法的是界面線程，從而避免了競爭條件，避免了不可預(yù)料的問題。如果其它線程直接操作界面線程所屬的控件，那么將會產(chǎn)生競爭條件，造成不可預(yù)料的結(jié)果。

使用Invoke完成一個委托方法的封送，就類似于使用SendMessage方法來給界面線程發(fā)送消息，是一個同步方法。也就是說在Invoke封送的方法被執(zhí)行完畢前，Invoke方法不會返回，從而調(diào)用者線程將被阻塞。

使用BeginInvoke方法封送一個委托方法，類似于使用PostMessage進(jìn)行通信，這是一個異步方法。也就是該方法封送完畢后馬上返回，不會等待委托方法的執(zhí)行結(jié)束，調(diào)用者線程將不會被阻塞。但是調(diào)用者也可以使用EndInvoke方法或者其它類似WaitHandle機制等待異步操作的完成。

但是在內(nèi)部實現(xiàn)上，Invoke和BeginInvoke都是用了PostMessage方法，從而避免了SendMessage帶來的問題。而Invoke方法的同步阻塞是靠WaitHandle機制來完成的。

3、使用場合問題

如果你的后臺線程在更新一個UI控件的狀態(tài)后不需要等待，而是要繼續(xù)往下處理，那么你就應(yīng)該使用BeginInvoke來進(jìn)行異步處理。

如果你的后臺線程需要操作UI控件，并且需要等到該操作執(zhí)行完畢才能繼續(xù)執(zhí)行，那么你就應(yīng)該使用Invoke。否則，在后臺線程和主截面線程共享某些狀態(tài)數(shù)據(jù)的情況下，如果不同步調(diào)用，而是各自繼續(xù)執(zhí)行的話，可能會造成執(zhí)行序列上的問題，雖然不發(fā)生死鎖，但是會出現(xiàn)不可預(yù)料的顯示結(jié)果或者數(shù)據(jù)處理錯誤。

可以看到ISynchronizeInvoke有一個屬性，InvokeRequired。這個屬性就是用來在編程的時候確定，一個對象訪問UI控件的時候是否需要使用Invoke或者BeginInvoke來進(jìn)行封送。如果不需要那么就可以直接更新。在調(diào)用者對象和UI對象同屬一個線程的時候這個屬性返回false。在后面的代碼分析中我們可以看到，Control類對這一屬性的實現(xiàn)就是在判斷調(diào)用者和控件是否屬于同一個線程的。

三、Delegate.BeginInvoke

通過一個委托來進(jìn)行同步方法的異步調(diào)用，也是.net提供的異步調(diào)用機制之一。但是Delegate.BeginInvoke方法是從ThreadPool取出一個線程來執(zhí)行這個方法，以獲得異步執(zhí)行效果的。也就是說，如果采用這種方式提交多個異步委托，那么這些調(diào)用的順序無法得到保證。而且由于是使用線程池里面的線程來完成任務(wù)，使用頻繁，會對系統(tǒng)的性能造成影響。

Delegate.BeginInvoke也是講一個委托方法封送到其它線程，從而通過異步機制執(zhí)行一個方法。調(diào)用者線程則可以在完成封送以后去繼續(xù)它的工作。但是這個方法封送到的最終執(zhí)行線程是運行庫從ThreadPool里面選取的一個線程。

這里需要糾正一個誤區(qū)，那就是Control類上的異步調(diào)用BeginInvoke并沒有開辟新的線程完成委托任務(wù)，而是讓界面控件的所屬線程完成委托任務(wù)的。看來異步操作就是開辟新線程的說法不一定準(zhǔn)確。?

四、用Reflector察看一些相關(guān)代碼

1、Control.BeginInvoke and Control.Invoke

public IAsyncResult BeginInvoke(Delegate method, params object[] args){??? using (new MultithreadSafeCallScope())??? {??????? return (IAsyncResult) this.FindMarshalingControl().MarshaledInvoke(this, method, args, false);??? }}public object Invoke(Delegate method, params object[] args){??? using (new MultithreadSafeCallScope())??? {??????? return this.FindMarshalingControl().MarshaledInvoke(this, method, args, true);??? }}

這里的FindMarshalingControl

方法通過一個循環(huán)向上回溯，從當(dāng)前控件開始回溯父控件，直到找到最頂級的父控件，用它作為封送對象。例如，我們調(diào)用窗體上一個進(jìn)度條的Invoke方法封送委托，但是實際上會回溯到主窗體，通過這個控件對象來封送委托。因為主窗體是主線程消息隊列相關(guān)的，發(fā)送給主窗體的消息才能發(fā)送到界面主線程消息隊列。

我們可以看到Invoke和BeginInvoke方法使用了同樣的實現(xiàn)，只是MarshaledInvoke方法的最后一個參數(shù)值不一樣。

2、MarshaledInvoke

private object MarshaledInvoke(Control caller, Delegate method, object[] args, bool synchronous){??? int num;??? if (!this.IsHandleCreated)??? {??????? throw new InvalidOperationException(SR.GetString("ErrorNoMarshalingThread"));??? }??? if (((ActiveXImpl) this.Properties.GetObject(PropActiveXImpl)) != null)??? {??????? IntSecurity.UnmanagedCode.Demand();??? }??? bool flag = false;??? if ((SafeNativeMethods.GetWindowThreadProcessId(new HandleRef(this, this.Handle), out num) == SafeNativeMethods.GetCurrentThreadId()) && synchronous)??? {??????? flag = true;??? }??? ExecutionContext executionContext = null;??? if (!flag)??? {??????? executionContext = ExecutionContext.Capture();??? }??? ThreadMethodEntry entry = new ThreadMethodEntry(caller, method, args, synchronous, executionContext);??? lock (this)??? {??????? if (this.threadCallbackList == null)??????? {??????????? this.threadCallbackList = new Queue();??????? }??? }??? lock (this.threadCallbackList)??? {???? ???if (threadCallbackMessage == 0)??????? {??????????? threadCallbackMessage = SafeNativeMethods.RegisterWindowMessage(Application.WindowMessagesVersion + "_ThreadCallbackMessage");??????? }??????? this.threadCallbackList.Enqueue(entry);??? }??? if (flag)??? {??????? this.InvokeMarshaledCallbacks();??? }??? else??? { //終于找到你了，PostMessage??????? UnsafeNativeMethods.PostMessage(new HandleRef(this, this.Handle), threadCallbackMessage, IntPtr.Zero, IntPtr.Zero);??? }??? if (!synchronous) //如果是異步，那么馬上返回吧??? {??????? return entry;??? }??? if (!entry.IsCompleted) //同步調(diào)用沒結(jié)束，阻塞起來等待吧??? {??????? this.WaitForWaitHandle(entry.AsyncWaitHandle);??? }??? if (entry.exception != null)??? {??????? throw entry.exception;??? }??? return entry.retVal;}

怎么樣，我們終于看到PostMessage了吧？通過windows消息機制實現(xiàn)了封送。而需要封送的委托方法作為消息的參數(shù)進(jìn)行了傳遞。關(guān)于其它的代碼這里不作進(jìn)一步解釋。

3、InvokeRequired

public bool InvokeRequired{??? get??? {??????? using (new MultithreadSafeCallScope())??????? {??????????? HandleRef ref2;??????????? int num;??????????? if (this.IsHandleCreated)??????????? {??????????????? ref2 = new HandleRef(this, this.Handle);??????????? }??????????? else??????????? {??????????????? Control wrapper = this.FindMarshalingControl();??????????????? if (!wrapper.IsHandleCreated)??????????????? {??????????????????? return false;??????????????? }??????????????? ref2 = new HandleRef(wrapper, wrapper.Handle);??????????? }??????????? int windowThreadProcessId = SafeNativeMethods.GetWindowThreadProcessId(ref2, out num);??????????? int currentThreadId = SafeNativeMethods.GetCurrentThreadId();??????????? return (windowThreadProcessId != currentThreadId);??????? }??? }

}

終于看到了，這是在判斷windows窗體線程和當(dāng)前的調(diào)用者線程是否是同一個，如果是同一個就沒有必要封送了，直接訪問這個GUI控件吧。否則，就不要那么直接表白了，就需要Invoke或者BeginInvoke做媒了。

??????近日，被Control的Invoke和BeginInvoke搞的頭大，就查了些相關(guān)的資料，整理如下。感謝這篇文章對我的理解Invoke和BeginInvoke的真正含義?。
(一）Control的Invoke和BeginInvoke
我們要基于以下認(rèn)識：
（1）Control的Invoke和BeginInvoke與Delegate的Invoke和BeginInvoke是不同的。
（2）Control的Invoke和BeginInvoke的參數(shù)為delegate，委托的方法是在Control的線程上執(zhí)行的，也就是我們平時所說的UI線程。

我們以代碼(一)來看(Control的Invoke)
private delegate void InvokeDelegate();
private void InvokeMethod(){
???//C代碼段
}
private void butInvoke_Click(object sender, EventArgs e) {
???//A代碼段.......
???this.Invoke(new InvokeDelegate(InvokeMethod));
???//B代碼段......
}
你覺得代碼的執(zhí)行順序是什么呢?記好Control的Invoke和BeginInvoke都執(zhí)行在主線程即UI線程上
A------>C---------------->B
解釋：(1)A在UI線程上執(zhí)行完后，開始Invoke，Invoke是同步
(2)代碼段B并不執(zhí)行，而是立即在UI線程上執(zhí)行InvokeMethod方法，即代碼段C。
(3)InvokeMethod方法執(zhí)行完后，代碼段C才在UI線程上繼續(xù)執(zhí)行。

看看代碼(二)，Control的BeginInvoke
private delegate void BeginInvokeDelegate();
private void BeginInvokeMethod(){
???//C代碼段
}
private void butBeginInvoke_Click(object sender, EventArgs e) {
???//A代碼段.......
???this.BeginInvoke(new BeginInvokeDelegate(BeginInvokeMethod));
???//B代碼段......
}
你覺得代碼的執(zhí)行順序是什么呢?記好Control的Invoke和BeginInvoke都執(zhí)行在主線程即UI線程上
A----------->B--------------->C慎重，這個只做參考。。。。。，我也不肯定執(zhí)行順序，如果有哪位達(dá)人知道的話請告知。
解釋：：(1)A在UI線程上執(zhí)行完后，開始BeginInvoke，BeginInvoke是異步
(2)InvokeMethod方法，即代碼段C不會執(zhí)行，而是立即在UI線程上執(zhí)行代碼段B。
(3)代碼段B執(zhí)行完后(就是說butBeginInvoke_Click方法執(zhí)行完后)，InvokeMethod方法，即代碼段C才在UI線程上繼續(xù)執(zhí)行。

由此，我們知道：
Control的Invoke和BeginInvoke的委托方法是在主線程，即UI線程上執(zhí)行的。也就是說如果你的委托方法用來取花費時間長的數(shù)據(jù)，然后更新界面什么的，千萬別在UI線程上調(diào)用Control.Invoke和Control.BeginInvoke，因為這些是依然阻塞UI線程的，造成界面的假死。

那么，這個異步到底是什么意思呢?

異步是指相對于調(diào)用BeginInvoke的線程異步，而不是相對于UI線程異步，你在UI線程上調(diào)用BeginInvoke ，當(dāng)然不行了。－－－－摘自"Invoke和BeginInvoke的真正涵義"一文中的評論。
BeginInvoke的原理是將調(diào)用的方法Marshal成消息，然后調(diào)用Win32 API中的RegisterWindowMessage()向UI窗口發(fā)送消息。－－－－摘自"Invoke和BeginInvoke的真正涵義"一文中的評論。

(二)我們用Thread來調(diào)用BeginInvoke和Invoke
??????我們開一個線程，讓線程執(zhí)行一些耗費時間的操作，然后再用Control.Invoke和Control.BeginInvoke回到用戶UI線程，執(zhí)行界面更新。

?代碼(三)? Thread調(diào)用Control的Invoke

private Thread invokeThread;
private delegate void invokeDelegate();
private void StartMethod(){
?? //C代碼段......
???Control.Invoke(new invokeDelegate(invokeMethod));
? //D代碼段......
}
private void invokeMethod(){
? //E代碼段
}
private void butInvoke_Click(object sender, EventArgs e) {
???//A代碼段.......
?? invokeThread = new Thread(new ThreadStart(StartMethod));
?? invokeThread.Start();
???//B代碼段......
}
你覺得代碼的執(zhí)行順序是什么呢?記好Control的Invoke和BeginInvoke都執(zhí)行在主線程即UI線程上
A------>(Start一開始B和StartMethod的C就同時執(zhí)行)---->(C執(zhí)行完了，不管B有沒有執(zhí)行完，invokeThread把消息封送(invoke)給UI線程，然后自己等待)---->UI線程處理完butInvoke_Click消息后，處理invokeThread封送過來的消息，執(zhí)行invokeMethod方法，即代碼段E，處理往后UI線程切換到invokeThread線程。
這個Control.Invoke是相對于invokeThread線程同步的，阻止了其運行。

解釋：
1。UI執(zhí)行A
2。UI開線程InvokeThread，B和C同時執(zhí)行，B執(zhí)行在線程UI上，C執(zhí)行在線程invokeThread上。
3。invokeThread封送消息給UI，然后自己等待，UI處理完消息后，處理invokeThread封送的消息，即代碼段E
4。UI執(zhí)行完E后，轉(zhuǎn)到線程invokeThread上，invokeThread線程執(zhí)行代碼段D

代碼(四)? Thread調(diào)用Control的BeginInvoke
private Thread beginInvokeThread;
private delegate void beginInvokeDelegate();
private void StartMethod(){
?? //C代碼段......
???Control.BeginInvoke(new beginInvokeDelegate(beginInvokeMethod));
? //D代碼段......
}
private void beginInvokeMethod(){
? //E代碼段
}
private void butBeginInvoke_Click(object sender, EventArgs e) {
???//A代碼段.......
?? beginInvokeThread = new Thread(new ThreadStart(StartMethod));
?? beginInvokeThread .Start();
???//B代碼段......
}
你覺得代碼的執(zhí)行順序是什么呢?記好Control的Invoke和BeginInvoke都執(zhí)行在主線程即UI線程上
A在UI線程上執(zhí)行----->beginInvokeThread線程開始執(zhí)行，UI繼續(xù)執(zhí)行代碼段B，并發(fā)地invokeThread執(zhí)行代碼段C-------------->不管UI有沒有執(zhí)行完代碼段B，這時beginInvokeThread線程把消息封送給UI，單自己并不等待，繼續(xù)向下執(zhí)行-------->UI處理完butBeginInvoke_Click消息后，處理beginInvokeThread線程封送過來的消息。

解釋：
1。UI執(zhí)行A
2。UI開線程beginInvokeThread，B和C同時執(zhí)行，B執(zhí)行在線程UI上，C執(zhí)行在線程beginInvokeThread上。
3。beginInvokeThread封送消息給UI，然后自己繼續(xù)執(zhí)行代碼D，UI處理完消息后，處理invokeThread封送的消息，即代碼段E
有點疑問：如果UI先執(zhí)行完畢，是不是有可能過了段時間beginInvokeThread才把消息封送給UI，然后UI才繼續(xù)執(zhí)行封送的消息E。如圖淺綠的部分。


Control的BeginInvoke是相對于調(diào)用它的線程，即beginInvokeThread相對是異步的。
因此，我們可以想到。如果要異步取耗費長時間的數(shù)據(jù)，比如從數(shù)據(jù)庫中讀大量數(shù)據(jù)，我們應(yīng)該這么做。
(1)如果你想阻止調(diào)用線程，那么調(diào)用代碼(三)，代碼段D刪掉，C改為耗費長時間的操作，因為這個操作是在另外一個線程中做的。代碼段E改為更新界面的方法。
(2)如果你不想阻止調(diào)用線程，那么調(diào)用代碼(四)，代碼段D刪掉，C改為耗費長時間的操作，因為這個操作是在另外一個線程中做的。代碼段E改為更新界面的方法。

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原文地址：http://www.cnblogs.com/whssunboy/archive/2007/06/07/775319.html

轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/lutzmark/archive/2009/07/09/1519605.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的委托的Invoke 和 BeginInvoke 与Control的Invoke和BeginInvoke(转-因为写得很好)的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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