WCF技术剖析之十一:异步操作在WCF中的应用(上篇)

按照操作执行所需的资源类型,我们可以将操作分为CPU绑定型(CPU Bound)操作和I/O绑定型(I/O Bound)操作。对于前者,操作的执行主要利用CPU进行密集的计算,而对于后者,大部分的操作处理时间花在I/O操作处理,比如访问数据库、文件系统、网络资源等。对于I/O绑定型操作,我们可以充分利用多线程的机制,让多个操作在自己的线程并发执行,从而提高系统性能和响应能力。服务调用就是典型的I/O绑定型操作,所以多线程在服务调用中具有广泛的应用。在本篇文章中,我们专门来讨论多线程或者是异步操作在WCF中的具体应用。

如果按照异步操作发生的位置,我个人将WCF应用的异步操作分为下面3种变体。

  • 异步信道调用:客户端通过绑定创建的信道向服务端发送消息,从而实现了对服务的调用,不管消息通过信道向服务端发送的方式是同步的(采用请求-回复MEP进行消息交换)还是异步的(采用单向MEP进行消息交换),客户端程序都可以通过代理对象异步地调用信道,从而实现异步服务调用;
  • 单向(One-way)消息交换:客户端的信道通过单向的消息交换模式向服务端发送消息,消息一旦抵达传输层马上返回,从而达到异步服务调用的效果;
  • 异步服务实现:服务端在具体实现服务操作的时候,采用异步调用的方式。

图1清晰地揭示了以上3种异步场景在整个服务调用中所发生的时机。对于这3种典型的异步操作,它们之间是相互独立的。对于单向消息交换,由于在上面一节中已经进行过详细的介绍,在本节中主要介绍其余两种异步操作的具体使用。本篇文章我们着重探讨第一种形式(异步信道调用)的异步调用,关于异步服务的实现放在下篇中。

图1 WCF多线程应用的三种典型场景

为了方便客户端进行异步的服务调用,最简便的方式就通过SvcUtil.exe这个代码生成工具帮助我们生成机遇异步调用的服务代理类。由于SvcUtil.exe同时也为VS提供了添加服务引用的实现,异步服务代理也可以通过添加服务引用的方式创建。在具体通过服务代理进行异步服务调用的时候,可以采用不同的调用形式,不仅可以采用参数典型的BeginXxx和EndXxx的形式,也可以采用回调(Callback)的形式,还可以采用事件注册的形式。

一、异步服务代理的创建

对于任何一个服务操作,不管它是否采用了异步的实现方式,也不管是否采用单向的消息交换模式,我们均可以通过添加服务引用或者直接使用SvcUtil.exe的方式创建异步服务代理,对服务进行异步调用。

如果通过添加服务引用的方式来创建异步服务代理,只需要在添加服务引用对话框中点击“高级(Advanced)”按钮,便会弹出如下一个“服务引用设置(Service Reference Settings)”对话框,勾选“生成异步操作(Generate asynchronous operations)”复选框即可,如图2所示。

图2 添加服务引用时生成异步操作的设置

通过这种方式生成的代理类与没有选择“生成异步操作”选项一样,都是生成一个继承自ClientBase<TChannel>的类,所不同的是,该类中会多出一些与异步服务调用相关的成员。我们同样以我们的CalculatorService为例(服务契约的定义如下)。

   1: [ServiceContract(Namespace="urn:artech.com")]
   2: public interface ICalculator
   3: {
   4:     [OperationContract]
   5:     double Add(double x, double y);
   6: }

通过这种方式生成的代理类CalculateClient会多出下面列出的事件和方法成员。

   1: public partial class CalculateClient : ClientBase< ICalculator>, ICalculator
   2: {
   3:     //其他成员
   4:     public event System.EventHandler<AddCompleteEventArgs> AddComplete;
   5:     public IAsyncResult BeginAdd(double x, double y, AsyncCallback callback, object asyncState)
   6:     {
   7:         //省略实现
   8:     }
   9:     
  10:     public double EndAdd(System.IAsyncResult result)
  11:     {
  12:         //省略实现
  13:     }
  14:     
  15:     public void AddAsync(double x, double y)
  16:     {
  17:         //省略实现
  18:     }
  19:  
  20:     public void AddAsync(double x, double y, object userState)
  21:     {
  22:         //省略实现
  23:     }
  24: }

事件AddComplete将在Add操作执行之后触发,你可以注册该事件,在运算结束之后做一些特殊的工作,比如运算结果的显示。该事件包含一个特殊的EventArgs:AddCompleteEventArgs。该事件参数类型同样是通过添加服务引用自动创建的。AddCompleteEventArgs继承自System.ComponentModel.AsyncCompleteEventArgs。在事件处理器中可以通过该参数得到异步方法执行的结果(Result属性)和异步操作执行过程中抛出的异常(Error属性),以及得到在执行异步操作显式指定的信息(UserState)。AddCompleteEventArgs和AsyncCompleteEventArgs的定义如下。

   1: public partial class AddCompleteEventArgs : AsyncCompleteEventArgs
   2: {
   3:  
   4:     public AddCompleteEventArgs(object[] results,Exception exception, bool cancelled, object userState) :
   5:         base(exception, cancelled, userState)
   6:     {
   7:         //省略实现
   8:     }
   9:  
  10:     public double Result
  11:     {
  12:         get
  13:         {
  14:            //省略实现
  15:         }
  16:     }
  17: }
   1: public class AsyncCompleteEventArgs : EventArgs
   2: {
   3:     public bool Cancelled { get; }
   4:     public Exception Error { get; }
   5:     public object UserState { get; }
   6: }

二、通过BeginXxx/EndXxx进行异步服务调用

接下来我将介绍3种不同的执行异步服务调用的方式,为了简单起见,我们以上面提到的CalculatorService为例演示通过异步操作得到运算结果,并将结果输出。首先采用传统的异步编程模式BeginXxx/EndXxx,如下面的代码所示,在调用BeginAdd方法后,可以做一些额外的处理工作,这些工作将会和Add服务操作的调用并发地运行,最终的运算结果通过EndAdd方法得到。

   1: CalculateClient proxy = new CalculateClient();
   2: IAsyncResult asynResult = proxy.BeginAdd(1, 2, null, null);
   3: //其他操作
   4: double result = proxy.EndAdd(asynResult);
   5: proxy.Close();
   6: Console.WriteLine("x + y = {2} when x = {0} and y = {1}", 1, 2, result);

三、通过回调的方式进行异步服务调用

通过上面的方式进行异步调用有一个不好的地方,就是当EndAdd方法被执行的时候,如果异步执行的方法Add没有执行结束的话,该方法将会阻塞当前线程并等待异步方法的结束,往往不能起到地多线程并发执行应有的作用。我们真正希望的是在异步执行结束后自动回调设定的操作,这样就可以采用回调的方式来实现这样的机制了。

在下面的代码中,我们通过一个匿名方法的形式定义回调操作,由于在回调操用中输出运算结果时需要使用到参与运算的操作数,我们通过BeginAdd方法的最后一个object类型参数实现向回调操作传递数据,在回调操作中通过IAsyncResult对象的AsyncState获得。

   1: CalculateClient proxy = new CalculateClient();
   2: proxy.BeginAdd(1, 2,
   3:     delegate(IAsyncResult asyncResult)
   4:     {
   5:         double[] operands = asyncResult.AsyncState as double[];
   6:         double result = proxy.EndAdd(asyncResult);
   7:         proxy.Close();
   8:         Console.WriteLine("x + y = {2} when x = {0} and y = {1}", operands[0], operands[1], result);
   9:     }, new double[]{1,2});

四、通过事件注册的方式进行异步服务调用

实际上,事件注册和通过回调从表现上看比较类似,当操作结束之后,对于前者通过触发事件的方式执行相应的操作,而对于后者直接执行指定的回调操作。如果采用事件注册的方式,上面的代码就可以改写成下面的形式。通过AddAsync开始异步操作,如果需要向AddComplete事件传递数据,可以使用该方法的第3个参数userState(该参数和BeginAdd的第4个参数asyncState具有相似的作用),设定的值可以通过AddCompleteEventArgs的UserState属性获得,而操作执行的结果则通过AddCompleteEventArgs的Result属性获得。

   1: CalculateClient proxy = new CalculateClient();
   2: proxy.AddComplete += delegate(object sender, AddCompleteEventArgs args)
   3: {
   4:     double[] operands = args.UserState as double[];
   5:     double result = args.Result;
   6:     proxy.Close();
   7:     Console.WriteLine("x + y = {2} when x = {0} and y = {1}", operands[0], operands[1], result);
   8: };
   9: proxy.AddAsync(1, 2,new double[]{1,2}); 

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