什么是.Net的异步机制(异步Stream读/写) - step 4

在前面3篇文章,我已经介绍了异步的工作原理和相关方法和参数的应用.下面我们介绍Stream流的操作, 并使用System.IO.FileStream来揭开如何开发异步的Stream(System.IO.Stream) 读/写操作

 

异步的Stream读/写操作

 

下面是继承于System.IO.Stream的类
 System.IO.Stream
    Microsoft.JScript.COMCharStream
    System.IO.BufferedStream
    System.IO.FileStream
    System.IO.MemoryStream
    System.IO.UnmanagedMemoryStream
    System.Security.Cryptography.CryptoStream
    System.Printing.PrintQueueStream
    System.IO.Pipes.PipeStream
    System.Data.OracleClient.OracleBFile
    System.Data.OracleClient.OracleLob
    System.IO.Compression.DeflateStream
    System.IO.Compression.GZipStream
    System.Net.Sockets.NetworkStream
    System.Net.Security.AuthenticatedStream

在System.IO.Stream中提供了异步的读/写(Read/Write)行为,上面继承于System.IO.Stream的类都具有同样的异步操作行为.在.Net Framework框架中,微软设计师使用Begin+同步方法名 / End+同步方法名来设计异步方法的规则,基本上我们在微软MSDN看到的 BeginXXX + EndXXX都是异步的方法,并且当我们在某个类中看到BeginInvoke / EndInvoke,都是微软提供的最原始的异步方法.在System.IO.Stream类中表现为BeginRead+EndRead / BeginWrite/EndWrite.

我们来看一个例子,FileStream(System.IO),Read / BeginRead+EndRead,读取文件内容,开始我们使用同步方法.

同步调用

Code1.1

 1static class Program
 2    {
 3        static string path = @"c:\file.txt";//确保你本地有这个文件
 4        const int bufferSize = 5;//演示,一次只读取5 byte
 5        static void Main()
 6        {
 7            FileStream fs = new FileStream(path, FileMode.Open,
 8FileAccess.Read, FileShare.Read, 20480, false);//同步调用false
 9            using (fs)//使用using来释放FileStream资源
            {
                byte[] data = new byte[bufferSize];
                StringBuilder sb = new StringBuilder(500);
                int byteReads;
                do// 不断循环,直到读取完毕
                {
                    byteReads = fs.Read(data, 0, data.Length);
                    sb.Append(Encoding.ASCII.GetString(data, 0, byteReads));
                } while (byteReads > 0);
                Console.WriteLine(sb.ToString());//输出到工作台

            }//自动清除对象资源,隐式调用fs.Close();
            Console.ReadLine();// 让黑屏等待,不会直接关闭..
        }
    }

方法非常简单,它会构造一个 FileStream 对象，调用 Read方法，不断循环读取数据。C# using 语句可确保完成数据处理后会关闭该 FileStream 对象。

下面我们看异步调用(BeginRead/EndRead)

异步调用

Code1.2

 1static class Program
 2    {
 3        static string path = @"c:\file.txt";//确保你本地有这个文件
 4        const int bufferSize = 5;//演示,一次只读取5 byte
 5        static byte[] data;
 6        static void Main()
 7        {
 8            data = new byte[bufferSize];
 9            FileStream fs = new FileStream(path, FileMode.Open,
10FileAccess.Read, FileShare.Read, 20480, true);//设置异步调用true, 注意0

            //异步读取文件,把FileStream对象作为异步的参数// <-
            AsyncCallback callback = new AsyncCallback(OnReadCompletion);
            IAsyncResult async = fs.BeginRead(data, 0, bufferSize, callback, fs); // <-

            Console.ReadLine();// 让黑屏等待,不会直接关闭..
        }
        static void OnReadCompletion(IAsyncResult asyncResult)
        {
            FileStream fs = asyncResult.AsyncState as FileStream;
            int bytesRead = fs.EndRead(asyncResult);
            //输出到工作台
            Console.Write(Encoding.ASCII.GetString(data, 0, bytesRead));
            //不断循环,直到读取完毕
            if (bytesRead > 0)
                fs.BeginRead(data, 0, bufferSize, OnReadCompletion, fs);
            else
                fs.Close(); //当全部读取完毕,显式释放资源
        }
    }

方法是使用BeginRead和EndRead 完成的, 我们注意到方法不能使用 C# using 语句(释放资源)，因为 FileStream 是在一个主线程中打开，然后在另一个线程中关闭的,而是通过把FileStream 作为参数的形式来在另外一个线程中关闭的(fs.Close();),查看红色部分.

注意0:创建FileStram 对象,如果没有FileStream fs = new FileStream(path, FileMode.Open,FileAccess.Read, FileShare.Read, 20480, true); bool useAsync=true 或者构造FileStream(String, FileMode, FileAccess, FileShare, Int32, FileOptions) FileOptions = FileOptions.Asynchronous 时,  即使使用了BeginRead/EndRead, 程序也是在同步执行方法,FileStream 对象会使用其他线程来模仿异步行为,反而降低了应用程序的性能.

下面我将通过使用C# 匿名方法(C# 2.0) 和 lambda 表达式(C# 3.0引入的一个新功能) 来完成上面操作,如果对这个不熟悉的朋友可以查看下面文章.

匿名方法:http://www.microsoft.com/china/msdn/library/langtool/vcsharp/CreElegCodAnymMeth.mspx?mfr=true

lambda 表达式:http://msdn.microsoft.com/zh-cn/magazine/cc163362.aspx

C# 匿名方法 和 lambda 表达式

1,匿名方法:
Code1.3

 1static class Program
 2    {
 3        static string path = @"c:\file.txt";//确保你本地有这个文件
 4        const int bufferSize = 5;//演示,一次只读取5 byte
 5        static void Main()
 6        {
 7            byte[] data = new byte[bufferSize];
 8            //[1]
 9            FileStream fs = new FileStream(path, FileMode.Open,
FileAccess.Read, FileShare.Read, 20480, true);//设置异步调用true
            //使用匿名委托方式
            AsyncCallback callback = null; //注意1
            callback = delegate(IAsyncResult asyncResult)//匿名方法
            {
                int bytesRead = fs.EndRead(asyncResult);//[2]
                Console.Write(Encoding.ASCII.GetString(data, 0, bytesRead));//输出到工作台
                //不断循环,直到读取完毕
                if (bytesRead > 0)
                    fs.BeginRead(data, 0, bufferSize, callback, null);//[3]
                else
                    fs.Close();//[4]
            };

            //异步读取文件
            IAsyncResult async = fs.BeginRead(data, 0, bufferSize, callback, null);

            Console.ReadLine();// 让黑屏等待,不会直接关闭..
        }
    }

对比Code1.2代码我们可以看出, 匿名方法非常出色的完成我们功能, 在匿名方面体内 fs ([2][3][4])像普通变量一样执行引用FileStream([1]) 对象,而不需要任何的类型转换. 对象在方法之间轻松实现传递，并且从一个线程轻松迁移到另一个线程, 对APM 编程而言这是十分完美的,但实际上编译器会重新编写您的代码，从堆栈中取出这些变量，并将它们作为字段嵌入对象。由于编译器会自动执行所有的工作，您可以很轻松地将最后一个参数的空值传递到 BeginRead 方法，因为现在没有必要再在方法和线程之间显式传递的数据了。

注意1: 必须先AsyncCallback callback = null; 要不编程器会告诉你错误:” Use of unassigned local variable 'callback '”.

2,Lambda 表达式

我们只需要简单的修改(在执行同一操作，lambda 表达式语法比 C# 匿名方法更简洁),匿名方法,把Code1.3中红色部分的
callback = delegate(IAsyncResult asyncResult)
修改成
callback = asyncResult =>

下面是完整代码.

Code1.4

static class Program
    {
        static string path = @"c:\file.txt";//确保你本地有这个文件
        const int bufferSize = 5;//演示,一次只读取5 byte
        static void Main()
        {
            byte[] data = new byte[bufferSize];

            FileStream fs = new FileStream(path, FileMode.Open,
FileAccess.Read, FileShare.Read, 20480, true);//设置异步调用true
            //使用lambda 表达式
            AsyncCallback callback = null;//注意1
            callback = asyncResult =>
            {
                int bytesRead = fs.EndRead(asyncResult);
                Console.Write(Encoding.ASCII.GetString(data, 0, bytesRead));//输出到工作台
                //不断循环,直到读取完毕
                if (bytesRead > 0)
                    fs.BeginRead(data, 0, bufferSize, callback, null);
                else
                    fs.Close();
            };

            //异步读取文件
            IAsyncResult async = fs.BeginRead(data, 0, bufferSize, callback, null);

            Console.ReadLine();// 让黑屏等待,不会直接关闭..
        }
    }

最后,我们来看看异步的写操作(BeginWrite/EndWrite)

Code2

 1static class Program
 2    {
 3        static void Main()
 4        {
 5            FileStream fs = new FileStream("text.txt", FileMode.Create,
 6FileAccess.ReadWrite, FileShare.None, 20480, true);//设置异步调用true
 7            //输入信息
 8            Console.Write("Please Enter:");
 9            byte[] data = Encoding.ASCII.GetBytes(Console.ReadLine());

            //异步写文件
            IAsyncResult async = fs.BeginWrite(data, 0, data.Length, asyncResult =>
            {
                fs.EndWrite(asyncResult);//写文件介绍,输出到text.txt文件中.
                fs.Close();

            }, null);

            Console.ReadLine();// 让黑屏等待,不会直接关闭..
        }
    }

大家觉得是否很简单呢? 基本上所有具有异步行为的流(继承于System.IO.Stream)操作都可以按照类似于上面的代码编写. 当然其他异步行为也可以使用上面代码中的技巧. 在System.IO.Stream 中,提供了ReadTimeout/WriteTimeout 的超时处理,但是基类中是不支持的.会报 InvalidOperationException 异常,反编译可以看到throw new InvalidOperationException(Environment.GetResourceString("InvalidOperation_TimeoutsNotSupported")).


下篇文章我会提供其他的例子来说明异步中的线程间通信.采用Window Forms程序.

以上有word 文档直接粘贴,排版可能不太好看,你可以通过下面来下载相应的代码/文档

1,文档

2,代码(VS2008开发,.Net Framework 3.5(C Sharp)编写)

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