WPF学习与分享之二：DispatcherObject与WPF线程模型(下)

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C# WPF半导体上位机实战：晶圆搬运控制中枢设计上位机系统是工业自动化与智能制造的核心枢纽，其本质是连接PLC、传感器、视觉设备与MES的实时数据中台。在高精度、高可靠性的半导体产线场景中，WPF凭借独立渲染线程与矢量图形能力，显著优于WinForms的GDI+瓶颈；C#则依托.NET原生集成性与强类型安全，支撑Modbus RTU、WebSocket、OpenCVSharp等多协议混合通信。技术价值体现在毫秒级UI响应、跨线程安全调度、单文件部署及SIL2级联锁保障。典型应用于晶圆搬运、光刻胶涂布、封装测试等洁净车间设备控制。本文聚焦C# WPF在真实阅读详情

WPF学习与分享之二：DispatcherObject与WPF线程模型(下)

2008-08-28 21:50

在上一篇中我们分析了Win32和WinForm编写GUI应用程序会面对的主要问题。总结下来最重要的就是：如何高效的从Worker线程中更新界面。所以首先让我们看看WPF中是如何达到这个目的的。

DispatcherObject的使用

DispatcherObject类有两个成员方法，CheckAccess和VerifyAccess。CheckAccess功能和WinForm中Control.InvokeRequired属性相同，当调用线程与对象的创建线程不是同一个实例时，返回False。VerifyAccess则是抛出异常。

DispatcherObject还有一个Dispatcher的属性，返回控件的创建Dispatcher。通过其Invoke方法，我们可以将界面更新的操作Marshal到控件的创建线程。如下例：

1 TextBox textbox = new TextBox();
2 if (!textbox.CheckAccess)
3 {
4 textbox.Dispatcher.Invoke(DispatcherPriority.Send, delegate { });
5 }

CheckAccess()的实现方法类似于上篇的最后一个例子，通过比较两个线程实例，因而速度很快，只需要几个IL指令。继承DispatcherObject的类，在内部都调用VerifyAccess来做判断，因而当非创建线程调用时，就会抛出异常。这样的好处是我们可以较早的发现代码的问题，不像WinForm那样不确定的发生。

好了，下面我们来看看真正做事情的Dispatcher类，在这之前让我们再回顾一个Win32的消息循环。

Win32 消息循环

在Win32中，消息Pump的建立是通过循环的调用GetMessage，当收到WM_Quit类型的消息是，退出。而我们对窗口或控件属性的修改，如颜色，位置都实际都是调用PostMessage或SendMessage。当调用线程与窗口的Owner线程是同一个，则SendMessage直接调用窗口函数；如不同则将消息放置在窗口对应的消息队列中，由GetMessage取出并进行处理。WinForm实际是建立在Win32的基础上，所以当我们写lable.Text = "Hello World"时，实际是调用了PostMessage等方法。

下面我们看看Win32消息队列的特点和限制：

任劳任怨的从消息队列中拿出消息，并调用对应的窗口处理函数
当消息Post进队列后就无法控制了
消息的处理支持有限的优先级，但都由OS控制，用户代码不能控制和改变优先级
Application.DoEvents只有在处理完消息队列中所有消息后才返回，当然Win32没有这个限制，因为Message Pump就是用户创建的
可以添加钩子，偷偷的干些坏事

WPF中的Dispatcher的主要功能类似于Win32中消息队列，当并不是替换消息循环，而是建立在消息循环之上。首先，让我们看看Dispatcher的结构：

线程相关的Dispatcher的创建

当我们在一个线程上第一次创建WPF对象时，DispatcherObject构造函数会调用Dispatcher.CurrentDispatcher赋值给私有变量_dispatcher。Dispatcher.CurrentDispatcher通过Thread.CurrentThread来找到该线程对应的Dispatcher实例，如不存在则创建一个。Dispatcher的构造函数，首先创建了一个具有11个级优先级（DispatcherPriority）的优先队列PriorityQueue，这个优先队列用来保存不同优先级的操作。然后调用Win32 API RegisterClassEx注册窗口处理函数，并调用CreateWindowEx创建一个不可见的窗口。

Dispatcher有两个静态方法用来建立消息循环，定义如下：

1 public sealed class Dispatcher
2 {
3   public static void Run()
4    {
5      PushFrame(new DispatcherFrame());
6    }
7   public static void PushFrame(DispatcherFrame frame) {…}
8 }

尽管是静态方法，实际上是调用当前线程对应的Dispatcher实例的方法。Application.Run()内部实际就是调用了Dispatcher.Run()，进而调用Dispatcher.PushFrame(…)。当我们创建一个WPF项目时，VS自动生成的App.xaml，编译后的代码为

1 public static void Main()
2 {
3    WpfHello.App app = new WpfHello.App();
4    app.InitializeComponent();
5    app.Run();
6 }

当调用PushFrame()或Run()后，内部开始循环调用Win32 GetMessage方法，而建立消息循环。如下面的例子中，在VS缺省的WPF项目中，创建了一个新的线程，在该线程中创建一个新的WPF窗口，并启动消息循环：

1 public partial class App : Application
2 {
3    protected override void OnStartup(StartupEventArgs e)
4     {
5       // Create a new thread
6        Thread monitorThread = new Thread(QueueMonitor.ThreadMain);
7        monitorThread.SetApartmentState(ApartmentState.STA);
8        monitorThread.Start(this);
9
10       base.OnStartup(e);
11     }
12 }
13
14 class QueueMonitor
15 {
16    public static void ThreadMain(Object obj)
17     {
18        QueueMonitor monitor = new QueueMonitor(obj as Application);
19     }
20
21    private Application m_target;
22    private DispatcherFrame     m_frame;
23    private MonitorWindow       m_window;
24    public QueueMonitor(Application target)
25     {
26        m_target = target;
27
28        m_frame = new DispatcherFrame();
29        m_window = new MonitorWindow();
30
31        m_window.Closed += MonitorWindow_Closed;
32        m_window.Visibility = Visibility.Visible;
33
34        Dispatcher.Run();
35       // Dispatcher.PushFrame(m_frame);
36     }
37
38    void MonitorWindow_Closed(object sender, EventArgs e)
39     {
40        Dispatcher.ExitAllFrames();
41       // m_frame.Continue = false;
42     }
43 }

消息循环的控制

上个例子中，我们也可以使用PushFrame方法。相比于Run()，我们可以通过PushFrame的参数DispatcherFrame对象来控制什么时候退出消息循环。如需退出当前层的循环，只需将对应的DispatcherFrame.Continue赋值false。我们可以嵌套的调用PushFrame，这点上类似Application.DoEvents，更具灵活性，但我们仍不能只要求处理特定优先级的消息。

另外可以调用Dispatcher.ExitAllFrames方法退出当前线程的所有消息循环。Dispatcher还提供一个方法DisableProcessing，该方法可以暂停消息循环处理消息。下面是这个方法的使用方法:

1 using (Dispatcher.DisableProcessing())
2 {
3 Dispatcher.CurrentDispatcher.Invoke(DispatcherPriority.Render, delegate { });
4 }

该方法返回的DispatcherProcessingDisabled对象实现了IDisposable接口，在Dispose中恢复消息循环。该方法也可以嵌套的调用。

下面我们来看看如何投递消息，及Dispatcher如何处理的。

Dispatcher优先队列

Dispatcher的Invoke和BeginInvoke方法，用来向Dispatcher的优先队列放置任务，前者是同步方法，后者是异步。这两个方法，第二个参数是个delegate对象，代表要执行的任务。第一个参数定义任务的优先级，具体定义可以看DispatcherPriority枚举类型。总的来说，我们可以划分为两类，Background和Foreground，另一个比较特殊的是DispatcherPriority.Send。

当在Invoke中指定Send时，且CheckAccess为真，则Invoke直接调用delegate执行任务。如果不是，则调用BeginInvoke，并等待结果，或超时。

BeginInvoke执行时，首先将该任务封装成DispatcherOperation对象，并放置在对应的优先队列中。然后判断是Background还是Foreground，如果是Foreground，则调用PostMessage往Win32消息队列中投递一条消息，然后返回。如果是Background，则检查是否有Timer，如没有则创建一个Timer，Timer会不断循环的投递消息到Win32消息队列，来触发消息的处理。当有Foreground消息是，则删掉Timer。通过这种方式，系统在空闲的时候可以处理Background消息。

当有Win32消息投递到Win32队列时，注册的窗口函数被执行，从优先队列中取出一个DispatcherOperation来执行。完成后，则投递新的Win32消息来触发下次执行，或等待Timer消息。

BeginInvoke的返回值则为DispatcherOperation对象，通过她我们可以取消，等待，或者调整该任务的优先级。在后面的系列中，我们在具体看不同Foreground优先级的使用。

优先队列钩子Hook

与Win32类似，我们也可以对消息的处理添加Hook，可以添加下面的Event Handler：

1 Dispatcher.CurrentDispatcher.Hooks.OperationAborted += new DispatcherHookEventHandler(Hooks_OperationAborted);
2 Dispatcher.CurrentDispatcher.Hooks.OperationCompleted +=

;
3 Dispatcher.CurrentDispatcher.Hooks.OperationPosted +=

;
4 Dispatcher.CurrentDispatcher.Hooks.OperationPriorityChanged +=

Event Handler的参数中，我们可以获得对应的Dispatcher和DispatcherOperation对象。通过这种办法，我们可以过滤，查询或改变任务的优先级等操作。

DispatcherTimer

DispatcherTimer类似WinForm中的Timer。我们可以在构造函数中指定优先级，Dispatcher实例等等。

总结

总的来说，与Win32比较，如果给WPF中的线程和消息循环的机制打分的话，我觉得可以打4分的高分。WPF解决了Win32中没有优先级，跨线程调用性能的问题，友好的编程接口。如果说不足的话，如果PushFrame可以支持优先级，对Reentrancy的问题，可能能更好的控制；另外，DispatcherOperation无法获得名字，如我们要开发一个队列监视程序的话很不方便。这些我认为可以扣0.5分，那另外0.5分是什么呢？

最后，如果我们看这些类的话，全部都在Windowsbase.dll中，也就是说System.Windows.Threading中的类，如DispatcherObject，Dispatcher也可以用于其他系统中。我们甚至可以利用这些在我们的系统中。

转自:http://www.cnblogs.com/Nullnoid/