【WPF】后台线程(包括串口等设备线程)安全的访问前台UI元素

问题描述

写的一个程序,WPF界面,与串口、相机等硬件设备通信,并将通信结果(包括图片等)显示在UI界面上。期间发现有串口被其他线程占用,在Debug模式下关闭程序后,程序无法退出等情况。
具体表现为:
(1)关闭程序后,下次再次启动程序,串口被占用,新的程序无法访问串口;表现为报串口异常:
“Access to the port ‘COM8’ is denied.
An exception of type System.UnauthorizedAccessException occurred and was caught.”
(2)有时候,关闭上一个程序后,程序未能完全退出:
(a)一种表现为虽然界面都关闭了,但是进程管理器中还有;
(b)另一种表现为,debug模式下运行程序。当把程序关闭后,VS还一直处于调试状态,无法退出程序,表示当前程序还在运行,VS下暂停程序,显示程序正在运行相机线程的销毁中,正在以下语句中等待,表明线程一直无法退出。

m_monitorThread.Join(); 

问题探索

随后,在网上搜索了类似情况。比较有用的有:
【1】C# 串口操作系列(2) – 入门篇,为什么我的串口程序在关闭串口时候会死锁
其中说

以下是一个WPF异步线程串口通讯的示例代码: 首先,在XAML文件中添加一个文本框和两个按钮,分别用于发送和接收数据: ```xml <Window x:Class="WpfSerialComm.MainWindow" xmlns="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation" xmlns:x="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml" Title="Serial Communication" Height="250" Width="400"> <Grid> <Grid.RowDefinitions> <RowDefinition Height="Auto"/> <RowDefinition Height="Auto"/> <RowDefinition Height="*"/> </Grid.RowDefinitions> <StackPanel Orientation="Horizontal" Grid.Row="0"> <Label Content="Port Name:" Margin="10"/> <ComboBox x:Name="cmbPortName" Width="100" Margin="5"/> <Button x:Name="btnConnect" Content="Connect" Click="btnConnect_Click" Margin="10"/> <Button x:Name="btnDisconnect" Content="Disconnect" Click="btnDisconnect_Click" Margin="10" IsEnabled="False"/> </StackPanel> <StackPanel Orientation="Horizontal" Grid.Row="1"> <Label Content="Send Data:" Margin="10"/> <TextBox x:Name="txtSendData" Width="100" Margin="5"/> <Button x:Name="btnSend" Content="Send" Click="btnSend_Click" Margin="10" IsEnabled="False"/> </StackPanel> <StackPanel Orientation="Vertical" Grid.Row="2"> <Label Content="Received Data:" Margin="10"/> <TextBox x:Name="txtReceivedData" Width="350" Height="150" Margin="10" TextWrapping="Wrap" IsReadOnly="True"/> </StackPanel> </Grid> </Window> ``` 然后,在C#代码中添加以下内容: ```csharp using System.IO.Ports; using System.Threading.Tasks; using System.Windows; namespace WpfSerialComm { public partial class MainWindow : Window { private SerialPort serialPort; public MainWindow() { InitializeComponent(); // 初始化串口 serialPort = new SerialPort(); serialPort.BaudRate = 9600; serialPort.Parity = Parity.None; serialPort.DataBits = 8; serialPort.StopBits = StopBits.One; serialPort.Handshake = Handshake.None; // 获取可用串口列表 string[] portNames = SerialPort.GetPortNames(); foreach (string portName in portNames) { cmbPortName.Items.Add(portName); } } private async void btnConnect_Click(object sender, RoutedEventArgs e) { if (cmbPortName.SelectedItem == null) { MessageBox.Show("Please select a port name!"); return; } // 连接串口 serialPort.PortName = cmbPortName.SelectedItem.ToString(); try { serialPort.Open(); } catch (System.Exception ex) { MessageBox.Show(ex.Message); return; } // 启用发送按钮 btnSend.IsEnabled = true; // 启用断开按钮 btnDisconnect.IsEnabled = true; // 禁用连接按钮 btnConnect.IsEnabled = false; // 开始异步读取数据 await Task.Run(() => ReadData()); } private void btnDisconnect_Click(object sender, RoutedEventArgs e) { // 断开串口 serialPort.Close(); // 禁用发送按钮 btnSend.IsEnabled = false; // 禁用断开按钮 btnDisconnect.IsEnabled = false; // 启用连接按钮 btnConnect.IsEnabled = true; } private void btnSend_Click(object sender, RoutedEventArgs e) { // 发送数据 string sendData = txtSendData.Text; serialPort.Write(sendData); // 清空发送数据文本框 txtSendData.Text = ""; } private void ReadData() { while (serialPort.IsOpen) { try { // 读取数据 string receivedData = serialPort.ReadLine(); // 在UI线程中更新文本框 Dispatcher.Invoke(() => { txtReceivedData.AppendText(receivedData); txtReceivedData.ScrollToEnd(); }); } catch (System.Exception ex) { MessageBox.Show(ex.Message); } } } } } ``` 在上面的代码中,我们首先在构造函数中初始化了串口,并获取了可用串口列表,将其添加到ComboBox控件中。在连接按钮的Click事件处理程序中,我们首先检查是否选择了串口名称,然后打开串口,启用发送和断开按钮,禁用连接按钮,并开始异步读取数据。在断开按钮的Click事件处理程序中,我们关闭串口,禁用发送和断开按钮,启用连接按钮。在发送按钮的Click事件处理程序中,我们从发送数据的文本框中获取要发送的数据,向串口写入数据,然后清空发送数据的文本框。在ReadData方法中,我们使用while循环不断读取串口接收缓冲区中的数据,然后在UI线程中更新接收数据的文本框。 注意,我们使用了异步线程来读取数据,这样可以避免在UI线程中阻塞导致界面卡顿。同时,我们使用了Dispatcher.Invoke方法来在UI线程中更新文本框,这样可以避免在异步线程中更新UI导致的线程安全问题。 在使用时,我们需要先选择串口名称,然后点击连接按钮连接串口。连接成功后,发送和断开按钮将启用,可以向串口发送数据或断开串口。接收到的数据将自动显示在接收数据的文本框中。
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