1.5 回调机制
1.5.1 回调机制的概念
软件模块之间总是存在着一定的接口，从调用方式上，可以把它们分为三类：同步调用、回调和异步调用。同步调用是一种阻塞式调用，调用方要等待对方执行完毕才返回。回调是一种双向调用模式，也就是说，被调用方在接口被调用时也会调用对方的接口；异步调用是一种类似消息或事件的机制，接口的服务在收到某种讯息或发生某种事件时，会主动通知客户方（即调用客户方的接口）。回调和异步调用的关系非常紧密，通常我们使用回调来实现异步消息的注册，通过异步调用来实现消息的通知，因此可知回调机制是实现异步调用的基础。
图1-15是一次异步调用的结构图。
图1-15异步调用的结构图
模块A对模块B进行同步调用，调用后立即返回，待模块B中的方法执行完毕之后，通过回调机制（促发模块A中声明的回调函数）通知模块A调用完毕，并可以返回调用的结果。
客户和服务的交互除了同步方式以外，还需要具备一定的异步通知机制，让服务方（或接口提供方）在某些情况下能够主动通知客户，而回调是实现异步的一个最简捷的途径。
在面向对象的语言中，回调是通过接口或抽象类来实现的，我们把实现这种接口的类称为回调类，回调类的对象称为回调对象。C#是兼容了过程特性的对象语言，不仅提供了回调对象、回调方法等特性，也能兼容过程语言的回调函数机制。
Windows平台的消息机制也可以看做回调的一种应用，我们通过系统提供的接口注册消息处理函数（即回调函数），来实现接收、处理消息的目的。由于Windows平台的API是用C语言来构建的，我们可以认为它也是回调函数的一个特例。
1.5.2 回调方法实现的一般过程
在异步调用中一般使用回调机制，回调是用委托来实现的，实现过程一般有如下几步。
1.BeginInvoke方法可启动异步调用
BeginInvoke方法需要异步执行的方法具有相同的参数，另外它还有两个可选参数。第一个可选参数是一个AsyncCallback委托，该委托引用在异步调用完成时要调用的方法。第二个可选参数是一个用户定义的对象，该对象可向向回调方法传递信息。BeginInvoke立即返回，不等待异步调用完成。BeginInvoke会返回IAsyncResult，这个结果可用于监视异步调用进度。
结果对象IAsyncResult是从开始操作返回的，并且可用于获取有关异步开始操作是否已完成的状态。
结果对象被传递到结束操作，该操作返回调用的最终返回值。
在开始操作中可以提供可选的回调。如果提供回调，在调用结束后，将调用该回调，并且回调中的代码可以调用结束操作。
2.EndInvoke方法检索异步调用的结果
调用BeginInvoke后可随时调用EndInvoke方法。如果异步调用尚未完成，EndInvoke将一直阻止调用线程，直到异步调用完成后才允许调用线程执行。EndInvoke的参数包括需要异步执行的方法的out和ref参数以及由BeginInvoke返回的IAsyncResult。
3.AsyncCallback委托用于指定在开始操作完成后应被调用的方法
AsyncCallback委托被作为开始操作上的第二个到最后一个参数来传递，代码原型如下：
public delegate void AsyncCallback(IAsyncResult ar)；
AsyncCallback为客户端应用程序提供完成异步操作的方法。开始异步操作时，该回调委托被提供给客户端。AsyncCallback引用的事件处理程序包含完成客户端异步任务的程序逻辑。
AsyncCallback使用IAsyncResult接口获取异步操作的状态。
4.IAsyncResult接口
它表示异步操作的状态，该接口定义了4个公用属性，代码原型如下：
public interface IAsyncResult
【例1.12】一个异步调用的例子。
新建一个AsyCallEx112的Console应用程序，代码如下所示。
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
namespace AsyCallEx112
{
class Program
{
public delegate int sum(int a, int b); //定义一个执行加法的委托
public class number
{
public int m=4;
//定义一个实现此委托签名的方法
public int numberAdd(int a, int b)
{
int c=a + b;
return c;
}
//定义一个与.net framework定义的AsyncCallback委托相对应的回调方法
public void CallbackMethod2(IAsyncResult ar2)
{
sum s=(sum)ar2.AsyncState;
int number=s.EndInvoke(ar2);
m=number;
}
}
static void Main(string[] args)
{
number num=new number();
sum numberadd=new sum(num.numberAdd);
AsyncCallback numberback=new AsyncCallback(num.
CallbackMethod2);
numberadd.BeginInvoke(55, 33, numberback, numberadd);
Console.WriteLine("The sum is:");
Console.WriteLine(num.m);
Console.ReadLine();
}
}
}
输出结果是88。
1.5.3 发起和完成异步调用的方案
实际上，发起和完成异步调用有4种方案可供选择。
1.使用EndInvoke等待异步调用
异步执行方法最简单的方式是通过调用委托的BeginInvoke方法来开始执行方法，在主线程上执行一些工作，然后调用委托的EndInvoke方法。EndInvoke可能会阻止调用线程，因为它直到异步调用完成之后才返回。这种技术非常适合文件或网络操作，但是由于EndInvoke会阻止它，所以不要从服务于用户界面的线程中调用它。
【例1.13】用EndInvoke等待异步调用的例子。
新建一个AsyCallEx113的Console应用程序，代码如下所示。
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
namespace AsyCallEx113
{
class Program
{
public delegate void AsyncEventHandler();
class Class1
{
public void Event1()
{
Console.WriteLine("Event1 Start");
System.Threading.Thread.Sleep(2000);
Console.WriteLine("Event1 End");
}
public void Event2()
{
Console.WriteLine("Event2 Start");
int i=1;
while (i < 1000)
{
i=i + 1;
Console.WriteLine("Event2 " + i.ToString());
}
Console.WriteLine("Event2 End");
}
public void CallbackMethod(IAsyncResult ar)
{
((AsyncEventHandler)ar.AsyncState).EndInvoke(ar);
}
}
static void Main(string[] args)
{
long start=0;
long end=0;
Class1 c=new Class1();
Console.WriteLine("ready");
start=DateTime.Now.Ticks;
AsyncEventHandler asy=new AsyncEventHandler(c.Event1);
asy.BeginInvoke(new AsyncCallback(c.CallbackMethod), asy);
c.Event2();
end =DateTime.Now.Ticks;
Console.WriteLine("时间刻度差="+ Convert.ToString
(end-start) );
Console.ReadLine();
}
}
}
程序异步的处理过程是Event1()和Event2()，程序运行结果如图1-16所示。
图1-16 例1.13程序异步运行结果
把上述程序的异步改成同步，程序运行结果如图1-17所示。
图1-17 例1.13程序同步运行结果
前者的时间刻度大大小于后者，可以明显地看到异步运行的速度优越性。
2.轮询异步调用完成
由BeginInvoke返回的IAsyncResult.IsCompleted属性获取异步操作是否已完成的指示，发现异步调用何时完成，从用户界面的服务线程中进行异步调用时可以执行此操作。调用轮询完成属性（IsCompleted）的线程进行异步调用时，在ThreadPool的线程上执行时可以一直循环执行。
再次修改【例1.13】中主程序的异步调用中的那几行代码：
AsyncEventHandler asy=new AsyncEventHandler(c.Event1)；
IAsyncResult ia=asy.BeginInvoke(null,null)；
c.Event2()；
while(!ia.IsCompleted)
{
}
asy.EndInvoke(ia)；
3.使用WaitHandle等待异步调用
IAsyncResult.AsyncWaitHandle属性获取用于等待异步操作完成的WaitHandle。Wait-Handle.WaitOne方法阻塞当前线程，直到当前的WaitHandle收到信号。
在异步调用完成之后使用WaitHandle，但在调用EndInvoke结果之前，可以执行其他处理。
再次修改【例1.13】主程序的异步调用中的那几行代码：
AsyncEventHandler asy=new AsyncEventHandler(c.Event1)；
IAsyncResult ia=asy.BeginInvoke(null，null)
c.Event2()；
ia.AsyncWaitHandle.WaitOne()；
4.异步调用完成时执行回调方法
如果启动异步调用的线程是不需要处理结果的线程，则可以在调用完成时执行回调方法。回调方法在ThreadPool线程上执行。
若要使用回调方法，必须将引用回调方法的AsyncCallback委托传递给BeginInvoke。也可以传递包含回调方法将要使用的信息的对象。例如，可以传递启动调用时曾使用的委托，以便回调方法能够调用EndInvoke。
再次修改【例1.13】主程序的异步调用中的那几行代码：
AsyncEventHandler asy=new AsyncEventHandler(c.Event1)；
asy.BeginInvoke(new AsyncCallback(c.CallbackMethod),asy)；
c.Event2()；
总结：4种使用BeginInvoke和EndInvoke进行异步调用的常用方法，在调用Begin-Invoke之后，可以执行下列操作。
（1）进行某些操作，然后调用EndInvoke一直阻止到调用完成。
（2）使用System.IAsyncResult.AsyncWaitHandle属性获取WaitHandle，使用它的WaitOne方法一直阻止执行直到发出WaitHandle信号，然后调用EndInvoke。
（3）轮询由BeginInvoke返回的IAsyncResult，确定异步调用何时完成，然后调用EndInvoke。
（4）将用于回调方法的委托传递给BeginInvoke。异步调用完成后，将在ThreadPool线程上执行该方法。该回调方法将调用EndInvoke。注意：每次都要调用EndInvoke来完成异步调用。
1.5.4 多线程和方法回调的综合例子
【例1.14】多线程中使用回调的例子。
新建一个ThreadAsyCallEx114的Windows应用程序，界面如图1-18所示，运行结果如图1-19所示。代码如下所示。
图1-18 例1.14程序运行界面
图1-19 例1.14程序运行结果
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.ComponentModel;
using System.Data;
using System.Drawing;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Windows.Forms;
using System.Threading;
namespace ThreadAsynCallbackEx114
{
public partial class Form1 : Form
{
//声明一个回调函数：注意传递的参数要与Example类中的函数参数类型一致
public delegate void ExampleCallback(int lineCount, Label lb);
public Form1()
{
InitializeComponent();
//CurrentNumber1=new ThreadCurrentNumber(CurrentNumber);
}
public void CurrentNumber(int tempCurrent, Label lb)
{
lb.Text=tempCurrent.ToString();
}
private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
ThreadWithData twd=new ThreadWithData(1, 100, this.label1,
new ExampleCallback(CurrentNumber));
Thread td=new Thread(new ThreadStart(twd.RunMethod));
td.Start();
}
private void button2_Click(object sender, EventArgs e)
{
ThreadWithData twd=new ThreadWithData(2, 200, this.label2,
new ExampleCallback(CurrentNumber));
Thread td=new Thread(new ThreadStart(twd.RunMethod));
td.Start();
}
public class ThreadWithData
{
private int start=0;
private int end=0;
private ExampleCallback callBack;
private Label lb;
public ThreadWithData(int start, int end, Label lb,
ExampleCallback callBack)
{
this.start=start;
this.end=end;
this.callBack=callBack;
this.lb=lb;
}
public void RunMethod()
{
for (int i=start; i < end; i++)
{
Thread.Sleep(500);
if (callBack != null)
callBack(i, lb);
}
}
}
}
}
注意在运行时不要按【调试】下的【启动调试（S）】，而是按【开始执行（不调试）】来运行程序。