关于C#/.NET中委托和事件的机制和应用的故事(转)

本文通过一个虚构的故事介绍了C#/.NET中的委托和事件机制。故事围绕一个名为Peter的工人展开,他需要向老板和宇宙报告工作进度。随着需求的增加,Peter逐步引入了委托和事件的概念,实现了更灵活的通知机制。

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本文摘自人民邮电出版社出版的《Windows Forms程序设计》(Chris Sells著,荣耀、蒋贤哲译)。

通过一个栩栩如生的虚构故事解释了C#/.NET中委托和事件的机制和应用。 
   
  1 委托 
   
  从前,在南方的一个异国他乡,有一个叫Peter的勤劳的工人,他对老板(boss)百依百顺,然而他的boss却是个卑鄙多疑的家伙,他坚持要求Peter不断汇报工作进展。由于Peter不希望被boss盯着干活,于是他向boss承诺随时汇报工作进度。Peter通过如下所示的类型化的引用(typed reference)定期回调boss来实现这个承诺: 
   
  class Worker { 
   public void Advise(Boss boss) {this.boss = boss; } 
   public void DoWork() { 
   Console.WriteLine("Worker: work started"); 
   if( boss != null ) boss.WorkStarted(); 
   
   Console.WriteLine("Worker: work progressing"); 
   if( boss != null ) boss.WorkProgressing(); 
   
   Console.WriteLine("Worker: work completed"); 
   if( boss != null ) { 
   int grade = boss.WorkCompleted(); 
   Console.WriteLine("Worker grade= " + grade); 
   } 
   } 
   Boss boss; 
  } 
   
  class Boss { 
   public void WorkStarted() {/* boss不关心 */ } 
   public void WorkProgressing() {/* boss不关心 */ } 
   public int WorkCompleted() { 
   Console.WriteLine("It's about time!"); 
   return 2; /* 10分以内 */ 
   } 
  } 
   
  class Universe { 
   static void Main() { 
   Worker peter = new Worker(); 
   Boss boss = new Boss(); 
   peter.Advise(boss); 
   peter.DoWork(); 
   
   Console.WriteLine("Main: worker completed work"); 
   Console.ReadLine(); 
   } 
  } 
   
  1.1 接口 
   
  现在,Peter成了一个特殊人物,他不但能够忍受卑鄙的boss,和周围的世界(universe)也建立了紧密的联系。Peter感到universe对他的工作进程同样感兴趣。不幸的是,如果不为universe添加一个特殊的Advise方法和特殊的回调,除了保证boss能够被通知外,Peter并不能向universe通知工作进度。Peter希望能从那些通知方法的实现中分离出潜在的通知列表,为此,他决定将方法分离到一个接口中: 
   
  interface IWorkerEvents { 
   void WorkStarted(); 
   void WorkProgressing(); 
   int WorkCompleted(); 
  } 
   
  class Worker { 
   public void Advise(IWorkerEvents events) {this.events = events; } 
   public void DoWork() { 
   Console.WriteLine("Worker: work started"); 
   if( events != null ) events.WorkStarted(); 
   
   Console.WriteLine("Worker: work progressing"); 
   if(events != null ) events.WorkProgressing(); 
   
   Console.WriteLine("Worker: work completed"); 
   if(events != null ) { 
   int grade = events.WorkCompleted(); 
   Console.WriteLine("Worker grade= " + grade); 
   } 
   } 
   IWorkerEvents events; 
  } 
   
  class Boss : IWorkerEvents { 
   public void WorkStarted() {/* boss不关心 */ } 
   public void WorkProgressing() {/* boss不关心 */ } 
   public int WorkCompleted() { 
   Console.WriteLine("It's about time!"); 
   return 3; /* 10分以内 */ 
   } 
  } 
   
  1.2 委托 
   
  不幸的是,由于Peter忙于说服boss实现这个接口,以至于没有顾得上通知universe也实现该接口,但他希望尽可能做到这一点,至少他已经抽象了对boss的引用,因此,别的实现了IWorkerEvents接口的什么人也可以得到工作进度通知。 
   
  然而, Peter的boss仍然极其不满。“Peter!”boss咆哮者,“你为什么要通知我什么时候开始工作、什么时候正在进行工作?我不关心这些事件,你不但强迫我实现这些方法,你还浪费了你的宝贵的工作时间等我从事件中返回。当我的实现需要占用很长时间时,你等我的时间也要大大延长!你难道不能想想别的办法不要老是来烦我吗?” 
   
  因此,Peter意识到尽管在很多情况下接口很有用,但在处理事件时,接口的粒度还不够精细。他希望能做到仅仅通知监听者真正感兴趣的事件。为此,Peter决定把接口中的方法分解为若干个独立的委托函数,每一个都好象是只包含一个方法的微型接口: 
   
  delegate void WorkStarted(); 
  delegate void WorkProgressing(); 
  delegate int WorkCompleted(); 
   
  class Worker { 
   public void DoWork() { 
   Console.WriteLine("Worker: work started"); 
   if( started != null ) started(); 
   
   Console.WriteLine("Worker: work progressing"); 
   if( progressing != null ) progressing(); 
   
   Console.WriteLine("Worker: work completed"); 
   if( completed != null ) { 
   int grade = completed(); 
   Console.WriteLine("Worker grade= " + grade); 
   } 
   } 
   public WorkStarted started; 
   public WorkProgressing progressing; 
   public WorkCompleted completed; 
  } 
   
  class Boss { 
   public int WorkCompleted() { 
   Console.WriteLine("Better..."); 
   return 4; /* 10分以内 */ 
   } 
  } 
   
  class Universe { 
   static void Main() { 
   Worker peter = new Worker(); 
   Boss boss = new Boss(); 
   
   // 注意:我们已将Advise方法替换为赋值运算符 
   peter.completed = new WorkCompleted(boss.WorkCompleted); 
   peter.DoWork(); 
   Console.WriteLine("Main: worker completed work"); 
   Console.ReadLine(); 
   } 
  } 
   
  1.3 静态订阅者 
   
  利用委托,Peter达到了不拿boss不关心的事件去烦他的目标,然而Peter还是不能够使universe成为其订阅者之一。因为universe是一个全封闭的实体,所以将委托挂钩在实例成员上不妥的(设想一下Universe的多个实例需要多少资源)。相反,Peter需要将委托挂钩到静态成员上,因为委托也完全支持静态成员: 
   
  class Universe { 
   static void WorkerStartedWork() { 
   Console.WriteLine("Universe notices worker starting work"); 
   } 
   
   static int WorkerCompletedWork() { 
   Console.WriteLine("Universe pleased with worker's work"); 
   return 7; 
   } 
   
   static void Main() { 
   Worker peter = new Worker(); 
   Boss boss = new Boss(); 
   
   // 注意:在下面的三行代码中, 
   // 使用赋值运算符不是一个好习惯, 
   // 请接着读下去,以便了解添加委托的正确方式。 
   peter.completed = new WorkCompleted(boss.WorkCompleted); 
   peter.started = new WorkStarted(Universe.WorkerStartedWork); 
   peter.completed = new WorkCompleted(Universe.WorkerCompletedWork); 
   peter.DoWork(); 
   
   Console.WriteLine("Main: worker completed work"); 
   Console.ReadLine(); 
   } 
  } 
   
  2 事件 
   
  不幸的是,由于universe现在变得太忙并且不习惯于注意某一个人,universe已经设法用自己的委托取代了Peter的boss的委托,这显然是将Worker类的委托字段设为public而造成的意外的副作用。同样,如果Peter的boss不耐烦了,他自己就可以触发Peter的委托(Peter的boss可是有暴力倾向的) 
   
  // Peter的boss自己控制一切 
  if( peter.completed != null ) peter.completed(); 
   
  Peter希望确保不会发生这两种情况。他意识到必须为每一个委托加入注册和反注册函数,这样订阅者就可以添加或移去它们自个儿,但谁都不能够清空整个事件列表或者触发它的事件。peter自己没去实现这些方法,相反,他使用event关键字让C#编译器帮他构建这些方法: 
   
  class Worker { 
  ... 
   public event WorkStarted started; 
   public event WorkProgressing progressing; 
   public event WorkCompleted completed; 
  } 
   
  Peter晓得event关键字使委托具有这样的属性:只允许C#客户用+=或-=操作符添加或移去它们自己,这样就迫使boss和universe举止文雅一些: 
   
  static void Main() { 
   Worker peter = new Worker(); 
   Boss boss = new Boss(); 
   peter.completed += new WorkCompleted(boss.WorkCompleted); 
   peter.started += new WorkStarted(Universe.WorkerStartedWork); 
   peter.completed += new WorkCompleted(Universe.WorkerCompletedWork); 
   peter.DoWork(); 
   
   Console.WriteLine("Main: worker completed work"); 
   Console.ReadLine(); 
  } 
   
  2.1 获取所有结果 
   
  至此,Peter终于松了一口气。他已经设法满足了所有订阅者的需求,而且不会和特定实现紧密耦合。然而,他又注意到尽管boss和universe都为他的工作打了分,但他只得到了一个打分。在有多个订阅者的情形下,Peter希望能得到所有订阅者的评分结果。因此,他决定“进入委托”,提取订阅者列表,以便手工分别调用它们: 
   
  public void DoWork() { 
   ... 
   Console.WriteLine("Worker: work completed"); 
   if( completed != null ) { 
   foreach( WorkCompleted wc in completed.GetInvocationList() ) { 
   int grade = wc(); 
   Console.WriteLine("Worker grade= " + grade); 
   } 
   } 
  } 
   
  2.2 异步通知:触发和忽略 
   
  不料,在此期间,boss和universe被别的什么事纠缠上了,这就意味着他们给Peter的工作打分的时间被大大延长了: 
   
  class Boss { 
   public int WorkCompleted() { 
   System.Threading.Thread.Sleep(3000); 
   Console.WriteLine("Better..."); return 6; /* 10分以内 */ 
   } 
  } 
   
  class Universe { 
   static int WorkerCompletedWork() { 
   System.Threading.Thread.Sleep(4000); 
   Console.WriteLine("Universe is pleased with worker's work"); 
   return 7; 
   } 
   ... 
  } 
   
  不幸的是,由于Peter是同时通知每一个订阅者并等待他们打分的,这些需要返回评分的通知现在看来要占用他不少工作时间,因此,Peter决定忽略评分并且异步触发事件: 
   
  public void DoWork() { 
   ... 
   Console.WriteLine("Worker: work completed"); 
   if( completed != null ) { 
   foreach( WorkCompleted wc in completed.GetInvocationList() ) { 
   wc.BeginInvoke(null, null); 
   } 
   } 
  } 
   
  2.3 异步通知:轮询 
   
  这个聪明的小把戏允许Peter在通知订阅者的同时能立即返回工作,让进程的线程池调用委托。然而没过多久Peter就发现订阅者给他的打分被搞丢了。他知道自己工作做得不错,并乐意universe作为一个整体(而不仅仅是他的boss)表扬他。因此,Peter异步触发事件,但定期轮询,以便察看可以获得的评分: 
   
  public void DoWork() { 
   ... 
   Console.WriteLine("Worker: work completed"); 
   if( completed != null ) { 
   foreach( WorkCompleted wc in completed.GetInvocationList() ) { 
   IAsyncResult res = wc.BeginInvoke(null, null); 
   while( !res.IsCompleted ) System.Threading.Thread.Sleep(1); 
   int grade = wc.EndInvoke(res); 
   Console.WriteLine("Worker grade= " + grade); 
   } 
   } 
  } 
   
  2.4 异步通知:委托 
   
  不幸的是,Peter又回到了问题的起点,就像他一开始希望避免boss站在一旁边监视他工作一样。因此,Peter决定使用另一个委托作为异步工作完成时的通知方式,这样他就可以立即回去工作,而当工作被打分时,仍然可以接到通知: 
   
  public void DoWork() { 
   ... 
   Console.WriteLine("Worker: work completed"); 
   if( completed != null ) { 
   foreach( WorkCompleted wc in completed.GetInvocationList() ) { 
   wc.BeginInvoke(new AsyncCallback(WorkGraded), wc); 
   } 
   } 
  } 
   
  void WorkGraded(IAsyncResult res) { 
   WorkCompleted wc = (WorkCompleted)res.AsyncState; 
   int grade = wc.EndInvoke(res); 
   Console.WriteLine("Worker grade= " + grade); 
  } 
   
  3 普天同乐 
   
  Peter、boss和universe最终都满意了。boss和universe都可以仅被通知其感兴趣的事件,并减少了实现的负担和不必要的来回调用。Peter可以通知他们每一个人,而不必管需要多长时间才能从那些目标方法中返回,并仍然可以异步得到评分结果。结果得到如下完整的解决方案: 
   
  delegate void WorkStarted(); 
  delegate void WorkProgressing(); 
  delegate int WorkCompleted(); 
   
  class Worker
 { 
       public void DoWork()
       { 
           Console.WriteLine("Worker: work started"); 
           if( started != null ) started(); 
   
           Console.WriteLine("Worker: work progressing"); 
           if( progressing != null ) progressing(); 
   
           Console.WriteLine("Worker: work completed"); 
           if( completed != null )
           { 
               foreach( WorkCompleted wc in completed.GetInvocationList() ) 
               { 
                   wc.BeginInvoke(new AsyncCallback(WorkGraded), wc); 
               } 
           } 
       } 
   
       void WorkGraded(IAsyncResult res) 
       { 
           WorkCompleted wc = (WorkCompleted)res.AsyncState; 
           int grade = wc.EndInvoke(res); 
           Console.WriteLine("Worker grade= " + grade); 
       } 
   
       public event WorkStarted started; 
       public event WorkProgressing progressing; 
       public event WorkCompleted completed; 
  } 
   
  class Boss { 
      public int WorkCompleted() { 
          System.Threading.Thread.Sleep(3000); 
          Console.WriteLine("Better..."); return 6; /* 10分以内 */ 
      } 
  } 
   
  class Universe 
  { 
      static void WorkerStartedWork() 
      { 
          Console.WriteLine("Universe notices worker starting work"); 
      } 
   
      static int WorkerCompletedWork() 
      { 
          System.Threading.Thread.Sleep(4000); 
          Console.WriteLine("Universe is pleased with worker's work"); 
          return 7; 
      } 
   
      static void Main() 
      { 
           Worker peter = new Worker(); 
           Boss boss = new Boss(); 
           peter.completed += new WorkCompleted(boss.WorkCompleted); 
           peter.started += new WorkStarted(Universe.WorkerStartedWork); 
           peter.completed += new WorkCompleted(Universe.WorkerCompletedWork); 
           peter.DoWork(); 
   
           Console.WriteLine("Main: worker completed work"); 
           Console.ReadLine(); 
      } 
  } 
   
  Peter知道异步获取结果会带来一些问题。由于异步触发事件,所以目标方法有可能执行于另一个线程中,就像Peter的“目标方法何时完成”的通知那样。然而,Peter熟悉第14章“多线程用户界面”,因此,他知道在构建WinForms应用程序时如何去处理此类问题。 
   
  从此,他们一直过得都很快乐。
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