【Ray谈C#】乌龟爬之SynchronizationContexts

为什么需要SynchronizationContexts

“乌龟爬”这个奇怪的名字，因为在前面那个演示里，我试图用ironruby或者ironpython去控制一只小乌龟，（就是那个三角箭头），通过ironruby的命令让小乌龟前进、后退、左转、右转。



这里存在一个线程同步的问题，敲下一个命令之后，屏幕上的UI物件应该要马上按指令运作（体会一下魔兽世界的宏），所以小乌龟工作在一个UI线程里，而命令窗口工作在一个非UI的线程，如果不加任何处理的话，直接在命令窗口里操作UI物件的引用就会导致一个System.InvalidOperationException: “Object is currently in use elsewhere"（.net 2.0)，或者得到一个不可知的状态（.net 1.0）。

应用场景和解决方案

上面提出的一个很常见问题：应用程序有两个线程：线程A和线程B，不过线程B比较特殊，它属于UI线程，当这两个线程同时运行的时候，线程A有个需求："修改UI对象的属性"，这时候如果你是线程A，你会如何去完成需求呢？！可能有几种解决方案。

第一种方式：
    
     在线程A上面直接去操作UI对象，这是线程B说："线程A，你不知道我的特殊嘛！"，然后直接抛给线程A一个InvalidOperationException，线程A得到异常后，一脸的无辜和无奈.....!

第二种方式：

　　InvokeRequired？！是的，当然没问题。(InvokeRequired属性是每个Control对象都具有的属性，它会返回true和false，当是true的时候，表示它在另外一个线程上面，这是必须通过Invoke,BeginInvoke这些方法来调用更新UI对象的方法，当是false的时候，有两种情况，1：位于当前线程上面，可以通过直接去调用修改UI对象的方法，2：位于不同的线程上，不过控件或窗体的句柄不存在。对于句柄是否存在的判断，可以通过IsHandleCreated来获取，如果句柄不存在，是不能调用Invoke...这些方法的，这时候你必须等待句柄的创建。有点寒）

这些代码对还在使用.NET 1.0下的朋友还是有所帮助的：

using System;
using System.Drawing;
using System.Windows.Forms;
using System.Threading;

   public class MyFormControl : Form
   {
      public delegate void AddListItem(String myString);
      public AddListItem myDelegate;
      private Button myButton;
      private Thread myThread;
      private ListBox myListBox;
      public MyFormControl()
      {
         myButton = new Button();
         myListBox = new ListBox();
         ....控件初始化过程，略过....
         myDelegate = new AddListItem(AddListItemMethod);
      }
      static void Main()
      {
         MyFormControl myForm = new MyFormControl();
         myForm.ShowDialog();
      }

      public void AddListItemMethod(String myString)
      {
            myListBox.Items.Add(myString);
      }
      
      private void Button_Click(object sender, EventArgs e)
      {
         myThread = new Thread(new ThreadStart(ThreadFunction));
         myThread.Start();
      }
      
      private void ThreadFunction()
      {
         MyThreadClass myThreadClassObject  = new MyThreadClass(this);
         myThreadClassObject.Run();
      }
   }
   public class MyThreadClass
   {
      MyFormControl myFormControl1;
      public MyThreadClass(MyFormControl myForm)
      {
         myFormControl1 = myForm;
      }
      String myString;

      public void Run()
      {
         for (int i = 1; i <= 5; i++)
         {
            myString = "Step number " + i.ToString() + " executed";
            Thread.Sleep(400);
            // Execute the specified delegate on the thread that owns
            // 'myFormControl1' control's underlying window handle with
            // the specified list of arguments.
            myFormControl1.Invoke(myFormControl1.myDelegate,
                                   new Object[] {myString});
         }
      }
   }

在MyThreadClass类中就存在MyFormControl的引用对象。其实如果这个类放在这里是没有任务不妥之处的，但是如果把MyThreadClass类放在业务层，这时候问题就出现了，从设计角度来说，业务层是不允许和UI有任何关系，所以MyFormControl的引用对象绝对不能存在于MyThreadClass类，但是不让它存在，更新UI控件的需求就满足不了，这种情况下，我们如何做到一种最佳方案呢！？

这种场景就是SynchronizationContext大显身手的时刻。

第三种方案：

根据MSDN的介绍：SynchronizationContext 类是一个基类，可提供不带同步的自由线程上下文。 此类实现的同步模型的目的是使公共语言运行库内部的异步/同步操作能够针对不同的异步模型采取正确的行为。此模型还简化了托管应用程序为在不同的同步环境下正常工作而必须遵循的一些要求。同步模型的提供程序可以扩展此类并为这些方法提供自己的实现。

用大白话说，就是允许一个线程和另外一个线程进行通讯，SynchronizationContext在通讯中充当传输者的角色。另外这里有个地方需要清楚的，不是每个线程都附加SynchronizationContext这个对象，只有UI线程是一直拥有的，当Control对象被创建的同时，SynchronizationContext对象也会被创建并附加到UI线程上。

public partial class Form1 : Form
{
    public Form1()
    {
        InitializeComponent();
    }

    private void mToolStripButtonThreads_Click(object sender, EventArgs e)
    {
        // let's see the thread id
        int id = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;
        Trace.WriteLine("mToolStripButtonThreads_Click thread: " + id);

        // grab the sync context associated to this
        // thread (the UI thread), and save it in uiContext
        // note that this context is set by the UI thread
        // during Form creation (outside of your control)
        // also note, that not every thread has a sync context attached to it.
        SynchronizationContext uiContext = SynchronizationContext.Current;

        // create a thread and associate it to the run method
        Thread thread = new Thread(Run);

        // start the thread, and pass it the UI context,
        // so this thread will be able to update the UI
        // from within the thread
        thread.Start(uiContext);
    }

    private void Run(object state)
    {
        // lets see the thread id
        int id = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;
        Trace.WriteLine("Run thread: " + id);

        // grab the context from the state
        SynchronizationContext uiContext = state as SynchronizationContext;

        for (int i = 0; i < 1000; i++)
        {
            // normally you would do some code here
            // to grab items from the database. or some long
            // computation
            Thread.Sleep(10);

            // use the ui context to execute the UpdateUI method,
            // this insure that the UpdateUI method will run on the UI thread.

            uiContext.Post(UpdateUI, "line " + i.ToString());
        }
    }

    /// <summary>
    /// This method is executed on the main UI thread.
    /// </summary>
    private void UpdateUI(object state)
    {
        int id = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;
        Trace.WriteLine("UpdateUI thread:" + id);
        string text = state as string;
        mListBox.Items.Add(text);
    }
}

程序首先在Form1窗体的mToolStripButtonThreads_Click事件中，获取当前的SynchronizationContext对象，然后启动另外一个线程，并且将SynchronizationContext对象传递给启动的线程，启动的线程通过SynchronizationContext对象的Post方法来调用一个委托方法UpdateUI，因为UpdateUI是执行在主UI线程上的，所以可以通过它来修改UI上对象的信息。现在我们可以把Control引用给抛弃了。

Send VS Post,以及异常处理

首先看下异常处理的情况

private void Run(object state)
{
    // let's see the thread id
    int id = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;
    Trace.WriteLine("Run thread: " + id);

    // grab the context from the state
    SynchronizationContext uiContext = state as SynchronizationContext;

    for (int i = 0; i < 1000; i++)
    {
        Trace.WriteLine("Loop " + i.ToString());
        // normally you would do some code here
        // to grab items from the database. or some long
        // computation
        Thread.Sleep(10);

        // use the ui context to execute the UpdateUI method, this insure that the
        // UpdateUI method will run on the UI thread.

        try
        {
            uiContext.Send(UpdateUI, "line " + i.ToString());
        }
        catch (Exception e)
        {
            Trace.WriteLine(e.Message);
        }
    }
}
/// <summary>
/// This method is executed on the main UI thread.
/// </summary>
private void UpdateUI(object state)
{
    throw new Exception("Boom");
}

当你运行的时候， 你可能希望在UI线程上面去抛出，但是结果往往出忽你的意料，异常信息都在Run方法的线程上被捕获了。这时候你可能想问：WHY？！

解释之前，我们先看下，Send VS Post的结果:
　　 Send 方法启动一个同步请求以发送消息
　　 Post 方法启动一个异步请求以发送消息。   
哈哈，异常处理的答案迎韧而解了吧！