WPF学习与分享之二：DispatcherObject与WPF线程模型(下)

在上一篇中我们分析了Win32和WinForm编写GUI应用程序会面对的主要问题。总结下来最重要的就是：如何高效的从Worker线程中更新界面。所以首先让我们看看WPF中是如何达到这个目的的。

DispatcherObject的使用

DispatcherObject类有两个成员方法，CheckAccess和VerifyAccess。CheckAccess功能和WinForm中Control.InvokeRequired属性相同，当调用线程与对象的创建线程不是同一个实例时，返回False。VerifyAccess则是抛出异常。

DispatcherObject还有一个Dispatcher的属性，返回控件的创建Dispatcher。通过其Invoke方法，我们可以将界面更新的操作Marshal到控件的创建线程。如下例：

 TextBox textbox = new TextBox(); 
 if (!textbox.CheckAccess) 
 { 
   textbox.Dispatcher.Invoke(DispatcherPriority.Send, delegate { }); 
 } 

CheckAccess()的实现方法类似于上篇的最后一个例子，通过比较两个线程实例，因而速度很快，只需要几个IL指令。继承DispatcherObject的类，在内部都调用VerifyAccess来做判断，因而当非创建线程调用时，就会抛出异常。这样的好处是我们可以较早的发现代码的问题，不像WinForm那样不确定的发生。

好了，下面我们来看看真正做事情的Dispatcher类，在这之前让我们再回顾一个Win32的消息循环。

Win32 消息循环

在Win32中，消息Pump的建立是通过循环的调用GetMessage，当收到WM_Quit类型的消息是，退出。而我们对窗口或控件属性的修改，如颜色，位置都实际都是调用PostMessage或SendMessage。当调用线程与窗口的Owner线程是同一个，则SendMessage直接调用窗口函数；如不同则将消息放置在窗口对应的消息队列中，由GetMessage取出并进行处理。WinForm实际是建立在Win32的基础上，所以当我们写lable.Text = "Hello World"时，实际是调用了PostMessage等方法。

下面我们看看Win32消息队列的特点和限制：

1. 任劳任怨的从消息队列中拿出消息，并调用对应的窗口处理函数
2. 当消息Post进队列后就无法控制了
3. 消息的处理支持有限的优先级，但都由OS控制，用户代码不能控制和改变优先级
4. Application.DoEvents只有在处理完消息队列中所有消息后才返回，当然Win32没有这个限制，因为Message Pump就是用户创建的
5. 可以添加钩子，偷偷的干些坏事

WPF中的Dispatcher的主要功能类似于Win32中消息队列，当并不是替换消息循环，而是建立在消息循环之上。首先，让我们看看Dispatcher的结构：

线程相关的Dispatcher的创建

当我们在一个线程上第一次创建WPF对象时，DispatcherObject构造函数会调用Dispatcher.CurrentDispatcher赋值给私有变量_dispatcher。Dispatcher.CurrentDispatcher通过Thread.CurrentThread来找到该线程对应的Dispatcher实例，如不存在则创建一个。Dispatcher的构造函数，首先创建了一个具有11个级优先级（DispatcherPriority）的优先队列PriorityQueue，这个优先队列用来保存不同优先级的操作。然后调用Win32 API RegisterClassEx注册窗口处理函数，并调用CreateWindowEx创建一个不可见的窗口。

Dispatcher有两个静态方法用来建立消息循环，定义如下：

 public sealed class Dispatcher 
 { 
   public static void Run() 
   { 
     PushFrame(new DispatcherFrame()); 
   }
   public static void PushFrame(DispatcherFrame frame) {…} 
 } 

尽管是静态方法，实际上是调用当前线程对应的Dispatcher实例的方法。Application.Run()内部实际就是调用了Dispatcher.Run()，进而调用Dispatcher.PushFrame(…)。当我们创建一个WPF项目时，VS自动生成的App.xaml，编译后的代码为

 public static void Main() 
 { 
   WpfHello.App app = new WpfHello.App(); 
   app.InitializeComponent(); 
   app.Run(); 
 } 

当调用PushFrame()或Run()后，内部开始循环调用Win32 GetMessage方法，而建立消息循环。如下面的例子中，在VS缺省的WPF项目中，创建了一个新的线程，在该线程中创建一个新的WPF窗口，并启动消息循环：

 1 public partial class App : Application
 2 {
 3    protected override void OnStartup(StartupEventArgs e)
 4    {
 5       // Create a new thread 
 6       Thread monitorThread = new Thread(QueueMonitor.ThreadMain);
 7       monitorThread.SetApartmentState(ApartmentState.STA);
 8       monitorThread.Start(this);
 9 
       base.OnStartup(e);
    }
 }
 
 class QueueMonitor
 {
    public static void ThreadMain(Object obj)
    {
       QueueMonitor monitor = new QueueMonitor(obj as Application);
    }
 
    private Application m_target;
    private DispatcherFrame    m_frame;
    private MonitorWindow      m_window;
    public QueueMonitor(Application target)
    {
       m_target = target;
 
       m_frame = new DispatcherFrame();
       m_window = new MonitorWindow();
 
       m_window.Closed += MonitorWindow_Closed;
       m_window.Visibility = Visibility.Visible;
 
       Dispatcher.Run();
       // Dispatcher.PushFrame(m_frame);
    }
 
    void MonitorWindow_Closed(object sender, EventArgs e)
    {
       Dispatcher.ExitAllFrames();
       // m_frame.Continue = false;
    }
 }

消息循环的控制

上个例子中，我们也可以使用PushFrame方法。相比于Run()，我们可以通过PushFrame的参数DispatcherFrame对象来控制什么时候退出消息循环。如需退出当前层的循环，只需将对应的DispatcherFrame.Continue赋值false。我们可以嵌套的调用PushFrame，这点上类似Application.DoEvents，更具灵活性，但我们仍不能只要求处理特定优先级的消息。

另外可以调用Dispatcher.ExitAllFrames方法退出当前线程的所有消息循环。Dispatcher还提供一个方法DisableProcessing，该方法可以暂停消息循环处理消息。下面是这个方法的使用方法:

 using (Dispatcher.DisableProcessing()) 
 { 
   Dispatcher.CurrentDispatcher.Invoke(DispatcherPriority.Render, delegate { }); 
 } 

该方法返回的DispatcherProcessingDisabled对象实现了IDisposable接口，在Dispose中恢复消息循环。该方法也可以嵌套的调用。

下面我们来看看如何投递消息，及Dispatcher如何处理的。

Dispatcher优先队列

Dispatcher的Invoke和BeginInvoke方法，用来向Dispatcher的优先队列放置任务，前者是同步方法，后者是异步。这两个方法，第二个参数是个delegate对象，代表要执行的任务。第一个参数定义任务的优先级，具体定义可以看DispatcherPriority枚举类型。总的来说，我们可以划分为两类，Background和Foreground，另一个比较特殊的是DispatcherPriority.Send。

当在Invoke中指定Send时，且CheckAccess为真，则Invoke直接调用delegate执行任务。如果不是，则调用BeginInvoke，并等待结果，或超时。

BeginInvoke执行时，首先将该任务封装成DispatcherOperation对象，并放置在对应的优先队列中。然后判断是Background还是Foreground，如果是Foreground，则调用PostMessage往Win32消息队列中投递一条消息，然后返回。如果是Background，则检查是否有Timer，如没有则创建一个Timer，Timer会不断循环的投递消息到Win32消息队列，来触发消息的处理。当有Foreground消息是，则删掉Timer。通过这种方式，系统在空闲的时候可以处理Background消息。

当有Win32消息投递到Win32队列时，注册的窗口函数被执行，从优先队列中取出一个DispatcherOperation来执行。完成后，则投递新的Win32消息来触发下次执行，或等待Timer消息。

BeginInvoke的返回值则为DispatcherOperation对象，通过她我们可以取消，等待，或者调整该任务的优先级。在后面的系列中，我们在具体看不同Foreground优先级的使用。

优先队列钩子Hook

与Win32类似，我们也可以对消息的处理添加Hook，可以添加下面的Event Handler：

 Dispatcher.CurrentDispatcher.Hooks.OperationAborted += new DispatcherHookEventHandler(Hooks_OperationAborted); 
 Dispatcher.CurrentDispatcher.Hooks.OperationCompleted += ; 
 Dispatcher.CurrentDispatcher.Hooks.OperationPosted += ; 
 Dispatcher.CurrentDispatcher.Hooks.OperationPriorityChanged +=  

Event Handler的参数中，我们可以获得对应的Dispatcher和DispatcherOperation对象。通过这种办法，我们可以过滤，查询或改变任务的优先级等操作。

DispatcherTimer

DispatcherTimer类似WinForm中的Timer。我们可以在构造函数中指定优先级，Dispatcher实例等等。

总结

总的来说，与Win32比较，如果给WPF中的线程和消息循环的机制打分的话，我觉得可以打4分的高分。WPF解决了Win32中没有优先级，跨线程调用性能的问题，友好的编程接口。如果说不足的话，如果PushFrame可以支持优先级，对Reentrancy的问题，可能能更好的控制；另外，DispatcherOperation无法获得名字，如我们要开发一个队列监视程序的话很不方便。这些我认为可以扣0.5分，那另外0.5分是什么呢？

最后，如果我们看这些类的话，全部都在Windowsbase.dll中，也就是说System.Windows.Threading中的类，如DispatcherObject，Dispatcher也可以用于其他系统中。我们甚至可以利用这些在我们的系统中。