Binding的原理简单介绍

前言

　　开始写这个新系列，这些年用WPF做了很多项目，杂七杂八的东西写了不少，略略总结下，也希望能给朋友们带来点帮助。

　　本篇文章主要是自实现了一个BindingEngine，可以在WPF，WinForm，Web等各个情景中使用。

引子

　　按照惯例，先找一个插入点，从之讲起。

　　既然是企业应用，先来说说为什么要写这个BindingEngine。

　　项目背景是一个机械的配置文件编辑器，大概有200多个机械，每个机械200多个参数，要支持增/删/改，版本控制，Undo/Redo等一系列操作。使用WPF开发界面，开发模式采用MVVM，控件选取了DataGrid。为了提高性能，使用了Virtualizing等一系列方案优化。项目原型开发后，面对如此大数量的Cell，DataGrid的表现十分令人伤心，无论是性能还是内存占用量，都有很长的路要走。

　　一条路走到黑是不行的，把DataGrid更换为SourceGrid，SourceGrid是Codeplex上的一个开源C#表格实现，自测量和绘制内部的Cell，思路和实现很赞。更换控件后，一切顺利，但SourceGrid对绑定支持的不够。MVVM模式，VM（ViewModel）是PM（PresentationModel）的一个演化，由于采用了数据绑定和Behavior，View和PM之间可以更充分解耦，PM中Presentation的含义是其中要保存所有可能被用户修改的View的状态。修改了PM中View的状态后，通过数据绑定，View应该自动刷新，但SourceGrid不是基于WPF的，要实现Visible，Filter，换肤等功能PM需要持有View的引用或者通过MVP模式抽象出View的接口，无论哪种模式都要修改原有的设计，于是就萌生出了自实现一个BindingEngine 的想法。

什么是Binding？

　　在实现一个BindingEngine之前，先来看一下，什么是Binding？

　　Binding（绑定），是在.net 2.0之后被提出的，Binding大体分两类，一类是List控件绑定到List上，根据List的改变来增减List控件的Item。另一类是把单一View绑定到Model上，根据Model的属性变化来更改View的状态。

　　Binding这个概念简单易懂，使用起来也很方便，一提出就受到了热捧，在WPF/Silverlight中更是大行其道，基本所有介绍WPF的资料中都会把Binding拿出来炫耀一番。本文不是介绍如何使用WPF/Silverlight中Binding的，那么Binding的原理是什么呢？

Binding的原理

　　一个最简单的Binding就是把A的属性绑定到B的属性上，当B的属性变化时，A的属性可以自动更新。这个Binding分两层含义：

1. A需要监视B属性的变化，当B属性变化时A得到通知。
2. 当收到变化通知时，A要根据B的属性新值来设置自己的属性值。

　　关于监视B属性变化，这是一个经典的Observer模式，在.net中用event 来表示，如：

b.PropertyChanged += a.HandlePropertyChanged;
void HandlePropertyChanged()
{
    a.Prop = b.Prop;
}

　　关于PropertyChange事件，.net在System.ComponentModel里提供了INotifyPropertyChanged接口，里面定义了event PropertyChangedEventHandler PropertyChanged。通常可被用于数据绑定的Model类都要实现INotifyPropertyChanged接口，在属性变化时raise这个PropertyChanged事件。

Binding的亮点

　　在WPF中，Binding无处不在，关于Binding的漂亮用法有很多，其主要的设计亮点有二：

1. Weak Event模式
2. Converter

　　监听B的属性变化，A需要注册B的PropertyChanged事件，.net中事件是强引用，一旦A注册了B的事件，B就持有了一个A的引用。也就是说，如果A不注销B的事件，即使A已经空置，如果B对象存活，垃圾回收器仍不会回收A的内存，在使用中就造成了A的内存泄露。在Binding的使用过程中，可能会出现多级绑定，A->B->C，一个对象也可能绑定多个对象，在对象空置时注销绑定的监听事件是不太现实的，实现起来太过繁琐。这里就期望能有弱事件（Weak Event）模式，即A监听了B的事件后，B不会阻止A的垃圾回收。

直接把A的属性绑定到B的属性上有时也是不太友好的，比如B的属性是string，A的属性是DateTime，在绑定的过程中需要做一定的转换（Convert）。WPF/Silverlight中的Converter是很不错的想法，可以自定义一些转换，在属性间做一些转换工作。

设计

　　开始设计实现BindingEngine，首先来解决弱事件的问题。

　　在.net中，可以使用WeakReference（弱引用）来监视对象，WeakReference不会阻止对象的垃圾回收。在实际使用中，A注册B的事件后，B持有了A的引用，B对象会阻止A的垃圾回收。直接把B对象变成弱引用对象是不现实的，但可以引入弱引用对象C，让B持有C的引用，C持有A的引用。这样即使没有注销事件监视，C对象仍持有A的引用，但是C对象是弱引用对象，不会阻止A的垃圾回收。

　　用一副图表示：

　　把用来作为中间传递的C类命名为WeakSource，它的设计如下：

　　WeakSource用来隔离A对象，为了内存考虑，它和A对象间是一一对应关系。这样，在监听B的PropertyChanged事件时，原有的b.ProppertyChanged += a.HandlePropertyChanged就变成了b.PropertyChanged += weakSource.HandlePropertyChanged。WeakSource提供了两个静态方法Register和UnRegister来创建和销毁WeakSource，其中的第一个参数object Source就是WeakSource需要封装的A对象。

　　Register的第二个参数INotifyPropertyChanged target，就是需要监听的B对象，最后一个参数targetProp是需要监听B对象的属性名。当B的属性值发生变化时，WeakSource会得到通知，为了完成绑定，WeakSource需要把内部封装的A对象对应的属性值设置为B对象绑定属性的新值。

绑定值

　　当B属性绑定值发生变化时，完成绑定需要设置两步，一，取得B属性的新值。二，把这个新值设置到A属性上去。

　　最简单的办法可以用反射完成这两步操作，为了编写简单，使用了Expression Tree来构建这个取值赋值操作：

//Set Property
var prop = entry.SourceType.GetProperty(entry.SourceProp);
var paraSource = Expression.Parameter(entry.SourceType, "source");

//Get Property
var targetProperty = entry.TargetType.GetProperty(entry.TargetProp);
var paraTarget = Expression.Parameter(entry.TargetType, "target");
var getter = Expression.Property(paraTarget, targetProperty);

//Combine
var boy = Expression.Call(paraSource, prop.GetSetMethod(), getter);
Delegate action = Expression.Lambda(boy, paraSource, paraTarget).Compile();

　　在WeakSource的Register方法中传入的第三个参数就是这个Delegate，当绑定的B属性值发生变化是，调用Delegate的DynamicInvoke方法即可完成更新值操作。

action.DynamicInvoke(source, target)

Converter

　　顺水推舟，加上对Converter的支持，定义IDataConverter接口，如下：

public interface IDataConverter
{
    object Convert(object value, object parameter);
}

　　修改Register接口：

public static WeakSource Register(Object source, INotifyPropertyChanged target, Delegate action, string targetProp,
                                IDataConverter converter = null, object parameter = null)

　　为了重用构建出的Expression Tree，缓存了构建出的Delegate，创建结构体WeakEntry作为索引

private struct WeakEntry
{
    public Type SourceType;
    public Type TargetType;
    public string SourceProp;
    public string TargetProp;
}

　　对应修改的Expression Tree如下：

//Set Property
var prop = entry.SourceType.GetProperty(entry.SourceProp);
var paraObj = Expression.Parameter(entry.SourceType);

//Get Property
var targetProperty = entry.TargetType.GetProperty(entry.TargetProp);
var paraTarget = Expression.Parameter(entry.TargetType);
var getter = Expression.Property(paraTarget, targetProperty);

//Combine
var paraConvert = Expression.Variable(typeof(IDataConverter));
var paraParameter = Expression.Variable(typeof(object));

var boy = Expression.IfThenElse(
        Expression.NotEqual(paraConvert, Expression.Constant(null)),
        Expression.Call(paraObj, prop.GetSetMethod(), Expression.Convert(Expression.Call(paraConvert, typeof(IDataConverter).GetMethod("Convert"),
                            Expression.Convert(getter, typeof(object)), Expression.Convert(paraParameter, typeof(object))), prop.PropertyType)),
        Expression.IfThenElse(
            Expression.Equal(Expression.Constant(prop.PropertyType, typeof(Type)), Expression.Constant(getter.Type, typeof(Type))),
            Expression.Call(paraObj, prop.GetSetMethod(), Expression.Convert(Expression.Convert(getter, typeof(object)), prop.PropertyType)),
            Expression.Throw(Expression.Constant(new InvalidOperationException(
                "The property type between binding source and target does not match, please use IDataConverter to do custom convert.")))));

Delegate action = Expression.Lambda(boy, paraObj, paraTarget, paraConvert, paraParameter).Compile();

使用Binding

　　创建类BindingEngine，封装Binding的操作，

public class BindingEngine
{
    public static void SetPropertyBinding(Object source, INotifyPropertyChanged target, string sourceProp, string targetProp,
                                            IDataConverter converter = null, object parameter = null)
    {}

    public static void ClearPropertyBinding(Object source, INotifyPropertyChanged target, string sourceProp, string targetProp)
    {}
}

　　创建测试类View和ViewModel，以及TextConverter

public class View
{
    public string Text { get; set; }
    public int Value { get; set; }
}

public class ViewModel : INotifyPropertyChanged
{
    private int _Value = 0;
    public int Value
    {
        get
        {
            return _Value;
        }
        set
        {
            _Value = value;
            NotifyPropertyChanged("Value");
        }
    }

    public event PropertyChangedEventHandler PropertyChanged;

    public void NotifyPropertyChanged(string prop)
    {
        if (PropertyChanged != null)
        {
            PropertyChanged(this, new PropertyChangedEventArgs(prop));
        }
    }
}

public class TextConverter : IDataConverter
{
    public object Convert(object value, object parameter)
    {
        int v = System.Convert.ToInt32(value);
        if (parameter != null)
        {
            v = System.Convert.ToInt32(parameter) + v;
        }
        return string.Format("\"{0}\"", v);
    }
}

　　使用BindingEngine的用法：

View view1 = new View();
View view2 = new View();
ViewModel model = new ViewModel();

TextConverter converter = new TextConverter();
BindingEngine.SetPropertyBinding(view1, model, "Text", "Value", converter, null);
BindingEngine.SetPropertyBinding(view1, model, "Value", "Value");
BindingEngine.SetPropertyBinding(view2, model, "Text", "Value", converter, 2);
BindingEngine.SetPropertyBinding(view2, model, "Value", "Value");

BindingEngine.ClearPropertyBinding(view1, model, "Text", "Value");

后续

　　本文只是简略了介绍了一下BindingEngine的实现，对于List控件绑定List并没有进行支持。并且由于使用了Delegate的DynamicInvoke，性能上还有提高余地，可以使用Emit、DynamicMethod来完成取值赋值操作。

 

　　BindingEngine的源代码和测试代码请点击此BindingEngineSample下载，如有问题和建议也欢迎给我留言，谢谢。

 

 

作者：周永恒 
出处：http://www.cnblogs.com/Zhouyongh