C# Control.BeginInvoke、synchronizationcontext.post、delegate.BeginInvoke的运行原理

背景

用到的知识点

1、windows消息机制

备注：鼠标点击、键盘等事件产生的消息要放入系统消息队列，然后再分配到应用程序线程消息队列。软件PostMessage的消息直接进入应用程序线程消息队列，不需要经过系统消息队列。软件SendMessage()的消息直接进入 DispatchMessage（）。

实现sendmessage发送消息的接收，在消息的接收方，覆写DefWindowProc()，在该方法中即可接收到sendmessage方法发送来的消息。因为sendmessage发送的消息，不再经过消息队列，而是直接发送给指定对象。所以一般的消息响应，包括PreTranslateMessage方法都无法接收到该信息，只能通过覆写DefWindowProc方法，来接收信息。

鼠标点击按钮（也是窗体）。
操作系统底层获知这次点击动作，根据点击位置遍历找到对应的Hwnd 句柄，构建一个Window消息MSG，把这个消息加入全局消息队列。
操作系统全局消息队列调度器，又将消息分配到创建该Hwnd线程的消息队列中去。
应用程序主线程处于GetMessage循环中，每次调用GetMessage获取一个消息，如果线程的消息队列为空，则线程会被挂起，直到线程消息队列存在消息线程会被重新激活。调用DispatchMessage分发消息MSG，MSG持有一个Hwnd的字段，指明了消息应该发往的Hwnd，操作系统在第2步构建MSG时会设置这个值。
消息被发往Hwnd，操作系统回调该Hwnd对应的窗口过程WndProc，由WndProc来处理这个消息。

　　这是一个简略的Window消息处理流程，往具体说这个故事会很长，让我们把目光收回到WPF，看看WPF和即将介绍的Dispatcher在这个基础上都做了些什么，又有哪些出彩的地方。

2、【windows 操作系统】什么是窗口？|按钮也是窗口

3、【windows 操作系统】窗口指针和窗口句柄有什么区别。句柄是执行指针的指针。

4、消息与消息队列

Windows 操作系统是基于事件驱动的一种操作系统，所以在Windows平台下所有应用程序也是基于事件驱动机制，即是基于消息的。例如，当用户在窗口中按下鼠标左键时，操作系统会知晓这一事件，于是将事件封装成一个消息，传递到应用程序的消息队列中，，然后应用程序从消息队列中取出消息并进行响应。在这个处理过程中，操作系统会调用应用程序中专门负责消息处理的函数，该函数称为窗口过程。

5、C++窗口的程序：

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
#include <stdexcept>
using namespace std;

//回调函数原型声明,返回长整形的结果码,CALLBACK是表示stdcall调用LRESULT CALLBACK WinProc(
                            HWND hwnd,      // handle to window
                            UINT uMsg,      // message identifier
                            WPARAM wParam,  // first message parameter
                            LPARAM lParam   // second message parameter
);

//(1) WinMain函数,程序入口点函数
int WINAPI WinMain(
                   HINSTANCE hInstance,      // handle to current instance
                   HINSTANCE hPrevInstance,  // handle to previous instance
                   LPSTR lpCmdLine,          // command line
                   int nCmdShow              // show state
                   ){
    //(2)
    //一.设计一个窗口类,类似填空题,使用窗口结构体
    WNDCLASS wnd;
    wnd.cbClsExtra = 0; //类的额外内存
    wnd.cbWndExtra = 0;    //窗口的额外内存
    wnd.hbrBackground = (HBRUSH)GetStockObject(NULL_BRUSH);//创建一个空画刷填充背景
    //加载游标,如果是加载标准游标,则第一个实例标识设置为空
    wnd.hCursor = LoadCursor(NULL, IDC_CROSS);
    wnd.hIcon = LoadIcon(NULL, IDI_ERROR);
    wnd.hInstance = hInstance;//实例句柄赋值为程序启动系统分配的句柄值
    wnd.lpfnWndProc = WinProc;//消息响应函数
    wnd.lpszClassName = "gaojun";//窗口类的名子,在注册时会使用到
    wnd.lpszMenuName = NULL;//默认为NULL没有标题栏
    wnd.style = CS_HREDRAW | CS_VREDRAW;//定义为水平和垂直重画
    //二.注册窗口类
    RegisterClass(&wnd);
    //三.根据定制的窗口类创建窗口
    HWND hwnd;//保存创建窗口后的生成窗口句柄用于显示
    //如果是多文档程序,则最后一个参数lParam必须指向一个CLIENTCREATESTRUCT结构体
    hwnd = CreateWindow("gaojun", "WIN32应用程序", WS_OVERLAPPEDWINDOW,
 CW_USEDEFAULT, CW_USEDEFAULT, 800, 600, NULL, NULL, hInstance, NULL);
    //四.显示窗口
    ShowWindow(hwnd, SW_SHOWDEFAULT);
    //五.更新窗口
    UpdateWindow(hwnd);
    
    //(3).消息循环
    MSG msg;//消息结构体
    //如果消息出错,返回值是-1,当GetMessage从消息队列中取到是WM_QUIT消息时,返回值是0
    //也可以使用PeekMessage函数从消息队列中取出消息
    BOOL bSet;
    while((bSet = GetMessage(&msg, NULL, 0, 0)) != 0){
        if (-1 ==  bSet)
        {
            return -1;
        }
        else{
            TranslateMessage(&msg);
            DispatchMessage(&msg);
        }
    }
    return 0;//程序结束,返回0
}

//消息循环中对不同的消息各类进行不同的响应
LRESULT CALLBACK WinProc(
                         HWND hwnd,      // handle to window
                         UINT uMsg,      // message identifier
                         WPARAM wParam,  // first message parameter
                         LPARAM lParam   // second message parameter
                         ){
    switch (uMsg)
    {
    case WM_CHAR://字符按键消息
        char szChar[20];
        sprintf(szChar, "char is %d;", wParam);//格式化操作,stdio.h
        MessageBox(hwnd, szChar, "gaojun", 0);//输出操作windows.h中
        break;
    case WM_LBUTTONDOWN://鼠标左键按下消息
        MessageBox(hwnd, "this is click event!", "点击", 0);
        HDC hdc;
        hdc = GetDC(hwnd);//获取设备上下文句柄,用来输出文字
        //在x=0,y=50(像素)的地方输出文字
        TextOut(hdc, 0, 50, "响应WM_LBUTTONDONW消息!", 
strlen("响应WM_LBUTTONDONW消息!"));
        ReleaseDC(hwnd, hdc);//在使用完DC后一定要注意释放
        break;
    case WM_PAINT://窗口重给时报消息响应
        HDC hDc;
        PAINTSTRUCT ps;
        hDc = BeginPaint(hwnd, &ps);
        TextOut(hDc, 0, 0, "这是一个Paint事件!", strlen("这是一个Paint事件!"));
        EndPaint(hwnd, &ps);
        break;
    case WM_CLOSE://关闭消息
        if (IDYES == MessageBox(hwnd, "确定要关闭当前窗口?", "提示", MB_YESNO))
        {
            DestroyWindow(hwnd);//销毁窗口
        }        
        break;
    case WM_DESTROY:
        PostQuitMessage(0);//在响应消息后,投递一个退出的消息使用程序安全退出
        break;
    default:
        return DefWindowProc(hwnd, uMsg, wParam, lParam);//调用缺省的消息处理过程函数
    }
    return 0;
}

View Code

备注：消息的接收主要有3个函数：GetMessage、PeekMessage、WaitMessage。

PeekMessage 从进程的主线程的消息队列中获取一个消息如果队列中没有消息就直接返回。

while(true)
{
    if(PeekMessage(&msg, m_hWnd, WM_KEYFIRST, WM_KEYLAST, PM_REMOVE))
    {
        if (msg.message == WM_QUIT)
        {
            break;
        }
        if(msg.message == WM_KEYDWON && msg.wParam == VK_ESCAPE)
        {
            ...
        }
    }
    else
    {
        // no message
    }
}

View Code

GetMessage从进程的主线程的消息队列中获取一个消息并将它复制到MSG结构，如果队列中没有消息，则GetMessage函数将等待一个消息的到来以后才返回。如果你将一个窗口句柄作为第二个参数传入GetMessage，那么只从队列中获得指定窗口的的消息。

while(GetMessage(&msg, NULL, 0, 0))
{
if(!TranslateAccelerator(msg.hWnd, hAccelTable, &msg))
{
TranslateMessage(&msg);
DispatchMessage(&msg);
}
}

View Code

DispatchMessage 会调用到SendMessage(),
SendMessage 函数的运行机制，综述为，SendMessage 内部调用 SendMessageW、SendMessageWorker 函数做内部处理，然后调用UserCallWinProcCheckWow、InternalCallWinProc 来调用我们代码中的消息处理函数，消息处理函数完成之后，SendMessage 函数便返回了。

（1)创建窗口过程函数（WinProc:Windows procedure）函数。该还是个回调函数。

窗口过程函数：一个窗体对象都使用窗体过程函数（WindowProc）来处理接收到的各种消息。

LRESULT CALLBACK WindowProc(HWND hWnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
{
    PAINTSTRUCT ps;
    HDC hdc;

    switch (message)
    {
    case WM_COMMAND:
        break;
    case WM_PAINT:
        hdc = BeginPaint(hWnd, &ps);
        // TODO: 在此添加任意绘图代码...
        EndPaint(hWnd, &ps);
        break;
    case WM_DESTROY:
        PostQuitMessage(0);
        break;
    default:
        return DefWindowProc(hWnd, message, wParam, lParam);
    }
    return 0;
}

View Code

备注：DispatchMessage 会调用到SendMessage(),
SendMessage 函数的运行机制，综述为，SendMessage 内部调用 SendMessageW、SendMessageWorker 函数做内部处理，然后调用UserCallWinProcCheckWow、InternalCallWinProc 来调用我们代码中的消息处理函数，消息处理函数完成之后，SendMessage 函数便返回了。

(2)定义一个窗口类，将回调函数WinProc做参数传给窗口类。
　　　　针对Windows的消息处理机制，窗口过程函数被调用的过程如下:
   　　   在设计窗口类的时候，将窗口赛程函数的地址赋值给lpfnWndProc成员变量
              调用RegisterClass(&wndclass)注册窗口类，那么系统就有了我们所编写的窗口过程函数的地址
              当应用程序接收到某一窗口的消息，调用DispatchMessage(&msg)将消息加值给系统。系统则利用先前注册窗口类时得到函数指针，调用窗口过程函数对消息进行处理。
(3)注册窗口类RegisterClass(&wnd);
   　　　　 RegisterClass函数的作用是通知系统，你要定义一个新的窗体类型，然后把这个类型记录到系统里面，以后你就可以使用CreateWindow来创建一个基于此类型的窗体。基于此类型的   窗体都具有相同的属性，比如，背景色，光标，图标等等。在MFC中，对于　　　　　　对话框而言，系统已经注册了对话框自己的类型，因此你无需调用RegisterClass就可以使用自带的对话框类   创建模态或者非模态窗口。
(4)实例化窗口类。
(5)显示窗口 ShowWindow(hwnd, SW_SHOWDEFAULT);
(6)更新窗口 UpdateWindow(hwnd);

SendMessage与PostMessage的运行原理

在了解完windows的消息机制。我们再看他的应用。

PostMessaget()对应的是队列消息，PostMessage是Windows API(应用程序接口) 中的一个常用函数，用于将一条消息直接放入到应用程序线程消息队列中（不经过系统消息队列）。该函数将一个消息放入（寄送）到与指定窗口创建的线程相联系消息队列里，不等待线程处理消息就返回，是异步消息模式。消息队列里的消息通过调用GetMessage和PeekMessage取得。把消息投递到消息队列后，立即返回；

SendMessage()对应的是非队列消息，SendMessage是Windows API(应用程序接口) 中的一个常用函数，它把消息直接送到窗口，winpro函数处理完SendMessage()就返回了。 实现sendmessage发送消息的接收，在消息的接收方，覆写DefWindowProc()，在该方法中即可接收到sendmessage方法发送来的消息。因为sendmessage发送的消息，不再经过消息队列，而是直接发送给指定对象。所以一般的消息响应，包括PreTranslateMessage方法都无法接收到该信息，只能通过覆写DefWindowProc方法，来接收信息。该函数将指定的消息发送到一个或多个窗口。此函数为指定的窗口调用窗口程序，直到窗口程序处理完消息再返回。而和函数PostMessage不同，PostMessage是将一个消息寄送到一个线程的消息队列后就立即返回。

LRESULT SendMessage（HWND hWnd，UINT Msg，WPARAM wParam，LPARAM IParam）
hWnd：其窗口程序将接收消息的窗口的句柄。如果此参数为HWND_BROADCAST，则消息将被发送到系统中所有顶层窗口，包括无效或不可见的非自身拥有的窗口、被覆盖的窗口和弹出式窗口，但消息不被发送到子窗口。Msg：指定被发送的消息。
wParam：指定附加的消息特定信息。
IParam：指定附加的消息特定信息。
返回值：返回值指定消息处理的结果，依赖于所发送的消息。

Control.BeginInvoke and Control.Invoke

public IAsyncResult BeginInvoke(Delegate method, params object[] args)
{
  using (new MultithreadSafeCallScope())
  {
    return (IAsyncResult) this.FindMarshalingControl().MarshaledInvoke(this, method, args, false);
  }
}
public object Invoke(Delegate method, params object[] args)
{
  using (new MultithreadSafeCallScope()){
    return this.FindMarshalingControl().MarshaledInvoke(this, method, args, true);
  }
}

这里的FindMarshalingControl方法通过一个循环向上回溯，从当前控件开始回溯父控件，直到找到最顶级的父控件，用它作为封送对象。例如，我们调用窗体上一个进度条的Invoke方法封送委托，但是实际上会回溯到主窗体，通过这个控件对象来封送委托。因为主窗体是主线程消息队列相关的，发送给主窗体的消息才能发送到界面主线程消息队列。

我们可以看到Invoke和BeginInvoke方法使用了同样的实现，只是MarshaledInvoke方法的最后一个参数值不一样。

MarshaledInvoke

private object MarshaledInvoke(Control caller, Delegate method, object[] args, bool synchronous)
{
  int num;
  if (!this.IsHandleCreated)
  {
    throw new InvalidOperationException(SR.GetString("ErrorNoMarshalingThread"));
  }
  if (((ActiveXImpl) this.Properties.GetObject(PropActiveXImpl)) != null)
  {
    IntSecurity.UnmanagedCode.Demand();
  }
  bool flag = false;
  if ((SafeNativeMethods.GetWindowThreadProcessId(new HandleRef(this, this.Handle), out num) == SafeNativeMethods.GetCurrentThreadId()) && synchronous)
  {
    flag = true;
  }
  ExecutionContext executionContext = null;
  if (!flag)
  {
    executionContext = ExecutionContext.Capture();
  }
  ThreadMethodEntry entry = new ThreadMethodEntry(caller, method, args, synchronous, executionContext);
  lock (this)
  {
    if (this.threadCallbackList == null)
    {
      this.threadCallbackList = new Queue();
    }
  }
  lock (this.threadCallbackList)
  {
    if (threadCallbackMessage == 0)
    {
      threadCallbackMessage = SafeNativeMethods.RegisterWindowMessage(Application.WindowMessagesVersion + "_ThreadCallbackMessage");
    }
    this.threadCallbackList.Enqueue(entry);
  }
  if (flag)
  {
    this.InvokeMarshaledCallbacks();
  }
  else
  { 
   //终于找到你了，
    PostMessageUnsafeNativeMethods.PostMessage(new HandleRef(this, this.Handle), threadCallbackMessage, IntPtr.Zero, IntPtr.Zero);
  }
  if (!synchronous) 
  //如果是异步，那么马上返回吧
  {
    return entry;
  }
  if (!entry.IsCompleted) 
  //同步调用没结束，阻塞起来等待吧
  {
    this.WaitForWaitHandle(entry.AsyncWaitHandle);
  }
  if (entry.exception != null)
  {
    throw entry.exception;
  }
  return entry.retVal;
}

怎么样，我们终于看到PostMessage了吧？通过windows消息机制实现了封送。而需要封送的委托方法作为消息的参数进行了传递。关于其它的代码这里不作进一步解释。

InvokeRequired

public bool InvokeRequired
{
  get
  {
    using (new MultithreadSafeCallScope())
    {
      HandleRef ref2;
      int num;
      if (this.IsHandleCreated)
      {
        ref2 = new HandleRef(this, this.Handle);
      }
      else
      {
        Control wrapper = this.FindMarshalingControl();
        if (!wrapper.IsHandleCreated)
        {
          return false;
        }
        ref2 = new HandleRef(wrapper, wrapper.Handle);
      }
      int windowThreadProcessId = SafeNativeMethods.GetWindowThreadProcessId(ref2, out num);
      int currentThreadId = SafeNativeMethods.GetCurrentThreadId();
      return (windowThreadProcessId != currentThreadId);
    }
  }
}

终于看到了，这是在判断windows窗体线程和当前的调用者线程是否是同一个，如果是同一个就没有必要封送了，直接访问这个GUI控件吧。否则，就不要那么直接表白了，就需要Invoke或者BeginInvoke做媒了。

Control.BeginInvoke winform的运行原理同上-- 线程外操作GUI控件的问题

WinForm提供了WindowsFormSynchronizationContext类，该类重写了同步上下文的Post方法来调用Control.BeginInvoke。

如果从另外一个线程操作windows窗体上的控件，就会和主线程产生竞争，造成不可预料的结果，甚至死锁。因此windows GUI编程有一个规则，就是只能通过创建控件的线程来操作控件的数据，否则就可能产生不可预料的结果。

因此，dotnet里面，为了方便地解决这些问题，Control类实现了ISynchronizeInvoke接口，提供了Invoke和BeginInvoke方法来提供让其它线程更新GUI界面控件的机制。

public interface ISynchronizeInvoke
  {
  
         [HostProtection(SecurityAction.LinkDemand, Synchronization=true, ExternalThreading=true)]
 
          IAsyncResult BeginInvoke(Delegate method, object[] args);
  
         object EndInvoke(IAsyncResult result);
 
        object Invoke(Delegate method, object[] args);
        bool InvokeRequired { get; }
 
 }

`Dispatcher.BeginInvoke WPF` 原理同上

绑定wpf 框架。WPF提供了DispatcherSynchronizationContext类，该类重写同步上下文的Post方法来调用Dispatcher.BeginInvoke

synchronizationcontext 的send()\post()方法原理同上

使用SynchronizationContext，而不需要将其绑定到特定框架。SynchronizationContext提供了一个虚Post方法，该方法只接收一个委托，并在任何地点，任何时间运行它，当然SynchronizationContext的实现要认为是合适的。

Delegate.BeginInvoke

通过一个委托来进行同步方法的异步调用，也是.net提供的异步调用机制之一。但是Delegate.BeginInvoke方法是从ThreadPool取出一个线程来执行这个方法，以获得异步执行效果的。也就是说，如果采用这种方式提交多个异步委托，那么这些调用的顺序无法得到保证。而且由于是使用线程池里面的线程来完成任务，使用频繁，会对系统的性能造成影响。
Delegate.BeginInvoke也是讲一个委托方法封送到其它线程，从而通过异步机制执行一个方法。调用者线程则可以在完成封送以后去继续它的工作。但是这个方法封送到的最终执行线程是运行库从ThreadPool里面选取的一个线程。
这里需要纠正一个误区，那就是Control类上的异步调用BeginInvoke并没有开辟新的线程完成委托任务，而是让界面控件的所属线程完成委托任务的。看来异步操作就是开辟新线程的说法不一定准确。

https://www.cnblogs.com/Zhouyongh/archive/2011/01/12/1933414.html

posted @ 2022-01-26 00:40 小林野夫阅读(689) 评论(0) 编辑收藏举报

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C#编程学习记录

C# Control.BeginInvoke、synchronizationcontext.post、delegate.BeginInvoke的运行原理

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SendMessage与PostMessage的运行原理

Control.BeginInvoke and Control.Invoke

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synchronizationcontext 的send()\post()方法 原理同上

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synchronizationcontext 的send()\post()方法原理同上