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.NET中的异步编程:使用F#简化异步编程

来源: it168  发布时间: 2011-05-02 18:39  阅读: 1403 次  推荐: 0   原文链接   [收藏]  

  不管是使用yield或借助第三方类库来简化异步编程,或多或少总是感觉不那么正统,有点hack的感觉。这种感觉在实验阶段倒还可以,要是用在产品中总有点担心,即使这些类库来自权威的第三方,我不知道大家有没有跟我同样的感觉。那么这个时候我们就会想,如果在语言中直接能提供这种机制该多好呢。

  F#的异步工作流

  在Visual Studio 2010中,新包含了一种语言:F#。F#的一大特性就是异步计算。能让你用同步的方式编写异步的代码,不用使用AsyncCallback回调将一个方法分为两段,也不用注册异步完成事件。

  F#是一个强类型的函数式编程语言,现在是2.0版本,在VS2010中正式作为first-class语言出现。其主要设计者是Don Syme,同是.NET中的泛型的主要设计者之一。

  我们来看看前面几篇文章中都包含的那个示例使用F#的代码将是怎样:

let asyncDownload (url:string) =
  async{
let req
= WebRequest.Create(url)
let
! resp = req.AsyncGetResponse()
  use stream
= resp.GetResponseStream()
let reader
= new StreamReader(stream)
  
return reader.ReadToEnd()
  }

  很短小精悍吧(实际上这段代码可以更短,但为了说明异步的编写方式,我没有使用那些看起来有点怪的语法)。下面我们来解读一下这段代码,希望本文结束后你能对F#中的异步有点初步的印象。

  F#中用let定义一个值,比如:

let value = 5

  不过上面的代码是用let定义一个函数。不过请记住,F#是函数式编程语言,在这里函数也是值。观察上面的代码,let后面是函数名,然后跟着函数的参数列表(url : string)。F#有强大的类型推断能力,一般情况下参数的类型是不需要写的,但是在这个代码中因为WebRequest.Create方法有多个重载方式,所以无法推断出url的类型,需要加上string。注意这里定义类型的方式。

  下面是本问最有趣的地方了:async{…}。这就是所谓的异步工作流,它实际上是AsyncBuilder的一个全局示例。而被包括在async{}内的一些操作被转换为FSharpAsyncBuilder的方法调用,这种使用方式在F#里称之为工作流(Workflow)。注意,这和业务系统中的工作流程系统是不同的。关于工作流我会在下一篇文章中详细介绍。现在我们只需要知道async{}执行的结果放回的是一个Asynca(泛型)类型的东西,这个东西表示一个可以被调度运行的任务,我们可以这样使用这个方法:

Async.RunSynchronously(asyncDownload("http://www.google.com"))

  Async.RunSynchronously会将asyncDownload返回的这个异步任务放到线程池中执行,然后阻塞线程等待返回结果。

  在这里需要说明的是,前面下载网页内容的代码是异步执行的。当调用req.AsyncGetResponse时只是注册异步回调,但是并不阻塞线程。当从远程服务器拿到响应后会接着执行req.AsyncGetResponse后面的内容。这样就用非常自然的同步顺序的方式,编写出异步的代码。这比之前使用各种第三方类库的hack方式看起来更自然。至于这种方式背后的实现原理,敬请期待下篇文章。

  但这里存在一个问题是,如果我们现在的场景是这样的:

  在Winform窗体上有一个按钮,点击按钮后下载网页内容,然后将内容显示在页面上的一个文本框中。那么这里使用Async.RunSynchronously就不是个好注意。RunSynchronously会阻塞UI线程直到返回结果,那么我们在本系列开始的时候提到构建灵敏的UI的目的就没有达到。我们不能阻塞UI线程,应该让它执行完毕后调用我们的代码将内容显示在文本框中。幸好Async提供了StartWithContinuations方法,我们就可以这样来执行我们的下载程序了:

Async.StartWithContinuations(asyncDownload("http://www.google.com",
  (func html
- textBox.Text = html),
  (func ex
- MessageBox.Show(ex.Message))
  (func canl
- MessageBox.Show("canceled"))

  Async.StartWithContinuations第一个参数接收的是我们异步执行的任务,然后接收三个回调。这三个回调就是我在.NET中的异步编程(三)- Continuation passing style以及使用yield实现异步中介绍的continuation。它们分别是成功执行后将怎样(在textBox中显示),发生异常后怎样(使用MessageBox显示警告),以及任务被取消了将怎样。使用这个后这里就不再有阻塞了,continuation是在asyncDownload执行完毕后触发的,不是通过阻塞线程等来的。

  实际上在textBox中显示html源代码这个回调不再是在UI线程上工作了,聪明的你应该知道这样会抛出不在创建控件的线程上修改控件的属性的异常,但是奇怪的是这里却没有抛出这个异常,这都是StartWithContinuations的功劳,它在开始运行的时候会捕获当前程序的上下文(SynchronizationContext),然后在执行continuations的时候会在原来捕获的上下文中执行代码,所以也就不会抛出那个异常了。

  req.AsyncGetResponse的实现:

  在这里我还想介绍的就是req.AsyncGetResponse,其实现思路在异步编程封装里经常使用,在Async CTP中也提供了类似的扩展类库。AsyncGetResponse方法是一个WebRequest的扩展方法,在内部调用Async.FromBeginEnd封装WebRequest的BeginGetResponse和EndGetResponse。其大概想法就是这样的:

//以下都不是真实代码,仅为了阐明思路
 publicstatic Async AsyncGetResponse(this WebRequest request)
 {
  
return Async.FromBeginEnd(request.BeginGetResponse,request.EndGetResponse,request);
 }
//下面是Async类的FromBeginEnd方法伪代码
 publicstatic Async FromBeginEnd(Func beginAction,Func endAction,WebRequest request)
 {
//创建一个async,类似一个工作项或Task
  Async async
= ...
  IAsyncResult ar
= null;
  AsyncCallback callback
= (state) =
  {
  WebResponse response
= endAction(ar);
//当给async这个任务设定了结果后就表明该任务执行完毕了,它以后的任务可以接着执行了
  async.Result
= response;
  };
  ar
= beginAction(callback,request);
  
return async;
  }

  我们可以将Async所代表的东西当作一个可以在未来某个时刻获得结果的任务,它现在还在执行。等到它的Result被设置的时候该任务就会完成,完成后就会触发一个事件,我们要做的就是注册这个事件,然后在事件发生后我们接着执行req.AsyncGetResponse的代码(如何实现是工作流的功劳)。

  F#中还提供了对其他异步方法的扩展,思路跟这里差不多,都可以使用AsyncXXX的方法调用。

  这里需要注意的是,因为Asynca仅仅表示一个未来可获得结果的任务,所以它内部不一定必须包含异步的操作。我们甚至可以将一段计算密集型的代码放到它内部(比如解一个方程),它就仅仅提供了一个调度的单元,更好的组织我们的代码。比如下面这样的代码:

Async.Parallel [ async{//长时间运行的任务1}; async{//长时间运行的任务2}....]

  我们利用async{}创建很多运算单元,然后利用Async.Parallel方法并行的执行这些计算单元。这样的代码比零散执行的代码更容易读,就像创建了很多对象来表示这些计算单元一样。

  总结:

  本文只是简单的介绍了下F#中编写异步编程的方法。我希望读者看完本文后能建立这样一些概念:

  1、上面代码中async{}内的代码是异步执行的,没有线程被阻塞,即使是访问非常慢的远程服务器时。

  2、async返回的Asynca代表一个未来可以得到结果 a 的任务。

  3、利用这种FromBeginEnd封装传统的异步编程的BeginXXX和EndXXX方法的方式是提供异步扩展库的常用做法。

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标签:异步编程 F#

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