多线程基于.NET应用程序迅速响应

为什么选择多线程？

    多线程程序要比单线程程序更难于编写，并且不加选择地使用线程也是导致难以找到细小错误的重要原因。这就自然会引出两个问题：为什么不坚持编写单线程代码？如果必须使用多线程，如何才能避免缺陷呢？本文的大部分篇幅都是在回答第二个问题，但首先我要来解释一下为什么确实需要多线程。

    多线程处理可以使您能够通过确保程序“永不睡眠”从而保持 UI 的快速响应。大部分程序都有不响应用户的时候：它们正忙于为您执行某些操作以便响应进一步的请求。也许最广为人知的例子就是出现在“打开文件”对话框顶部的组合框。如果在展开该组合框时，CD-ROM驱动器里恰好有一张光盘，则计算机通常会在显示列表之前先读取光盘。这可能需要几秒钟的时间，在此期间，程序既不响应任何输入，也不允许取消该操作，尤其是在确实并不打算使用光驱的时候，这种情况会让人无法忍受。

    执行这种操作期间 UI 冻结的原因在于，UI 是个单线程程序，单线程不可能在等待 CD-ROM驱动器读取操作的同时处理用户输入，如图 1 所示。“打开文件”对话框会调用某些阻塞 (blocking) API 来确定 CD-ROM 的标题。阻塞 API 在未完成自己的工作之前不会返回，因此这期间它会阻止线程做其他事情。

图 1 单线程

     在多线程下，像这样耗时较长的任务就可以在其自己的线程中运行，这些线程通常称为辅助线程。因为只有辅助线程受到阻止，所以阻塞操作不再导致用户界面冻结，如图 2 所示。应用程序的主线程可以继续处理用户的鼠标和键盘输入的同时，受阻的另一个线程将等待 CD-ROM 读取，或执行辅助线程可能做的任何操作。

图 2 多线程

    其基本原则是，负责响应用户输入和保持用户界面为最新的线程（通常称为 UI 线程）不应该用于执行任何耗时较长的操作。惯常做法是，任何耗时超过 30ms 的操作都要考虑从 UI 线程中移除。这似乎有些夸张，因为 30ms 对于大多数人而言只不过是他们可以感觉到的最短的瞬间停顿，实际上该停顿略短于电影屏幕中显示的连续帧之间的间隔。

    如果鼠标单击和相应的 UI 提示（例如，重新绘制按钮）之间的延迟超过 30ms，那么操作与显示之间就会稍显不连贯，并因此产生如同影片断帧那样令人心烦的感觉。为了达到完全高质量的响应效果，上限必须是 30ms。另一方面，如果您确实不介意感觉稍显不连贯，但也不想因为停顿过长而激怒用户，则可按照通常用户所能容忍的限度将该间隔设为 100ms。

    这意味着如果想让用户界面保持响应迅速，则任何阻塞操作都应该在辅助线程中执行 — 不管是机械等待某事发生（例如，等待 CD-ROM 启动或者硬盘定位数据），还是等待来自网络的响应。

异步委托调用

     在辅助线程中运行代码的最简单方式是使用异步委托调用（所有委托都提供该功能）。委托通常是以同步方式进行调用，即，在调用委托时，只有包装方法返回后该调用才会返回。要以异步方式调用委托，请调用 BeginInvoke 方法，这样会对该方法排队以在系统线程池的线程中运行。调用线程会立即返回，而不用等待该方法完成。这比较适合于 UI 程序，因为可以用它来启动耗时较长的作业，而不会使用户界面反应变慢。

例如，在以下代码中，System.Windows.Forms.MethodInvoker 类型是一个系统定义的委托，用于调用不带参数的方法。

private void StartSomeWorkFromUIThread () {
    // The work we want to do is too slow for the UI
    // thread, so let's farm it out to a worker thread.

    MethodInvoker mi = new MethodInvoker(
        RunsOnWorkerThread);
    mi.BeginInvoke(null, null); // This will not block.
}

// The slow work is done here, on a thread
// from the system thread pool.
private void RunsOnWorkerThread() {
    DoSomethingSlow();
}

    如果想要传递参数，可以选择合适的系统定义的委托类型，或者自己来定义委托。MethodInvoker 委托并没有什么神奇之处。和其他委托一样，调用 BeginInvoke 会使该方法在系统线程池的线程中运行，而不会阻塞 UI 线程以便其可执行其他操作。对于以上情况，该方法不返回数据，所以启动它后就不用再去管它。如果您需要该方法返回的结果，则 BeginInvoke 的返回值很重要，并且您可能不传递空参数。然而，对于大多数 UI 应用程序而言，这种“启动后就不管”的风格是最有效的，稍后会对原因进行简要讨论。您应该注意到，BeginInvoke 将返回一个 IAsyncResult。这可以和委托的 EndInvoke 方法一起使用，以在该方法调用完毕后检索调用结果。

    还有其他一些可用于在另外的线程上运行方法的技术，例如，直接使用线程池 API 或者创建自己的线程。然而，对于大多数用户界面应用程序而言，有异步委托调用就足够了。采用这种技术不仅编码容易，而且还可以避免创建并非必需的线程，因为可以利用线程池中的共享线程来提高应用程序的整体性能。