观察者模式的异步进度条

在 WinForm 中使用进度条展示长时间任务的执行进度

今天有人问道如何在 WinForm 程序中，使用进度条显示长时间任务的执行进度。
这个问题是一个开发中很常见的问题，正好也整理和总结一下。
这个问题我们从两个部分来看，第一，长时间执行的任务如何暴露出其执行进度，第二，WinForm 窗体如何显示执行进度。

第一部分. 对象如何提供其处理进度

先看第一个问题，如果希望一个长时间执行的任务能够展示其执行进度，显然它必须提供当前执行的进度值。但是，一般来说，一个任务通常是一个方法，执行完也就完了，怎么能在一个方法的执行过程中，向外界提供其执行的进度呢？
答案就是设计模式中的观察者模式。我们可以将任务的执行者看作观察者模式中的主题，而窗体就是观察者了。在方法的执行过程中，主题不断改变其状态，而观察者通过观察主题的状态来显示其执行进度。
在 .NET 中，典型的观察者模式是通过事件来实现的。事件参数则用来提供主题的状态，System.EventArgs 为事件参数提供了基类，我们实现的事件参数应当从这个基类派生，提供自定义的额外属性。
首先定义进度状态的事件参数类，其属性 Value 表示当前进度的百分比。

// 定义事件的参数类
public class ValueEventArgs
: EventArgs
{
public int Value { set; get;}
}

然后，定义事件所使用的委托。这个委托使用事件参数对象作为方法的参数。

// 定义事件使用的委托
public delegate void ValueChangedEventHandler( object sender, ValueEventArgs e);

最后，方法不能单独存在，我们定义业务对象，包含需要长时间执行的方法。

class LongTimeWork
{
// 定义一个事件来提示界面工作的进度
public event ValueChangedEventHandler ValueChanged;

// 触发事件的方法
protected void OnValueChanged( ValueEventArgs e)
{
if( this.ValueChanged != null)
{
this.ValueChanged( this, e);
}
}

public void LongTimeMethod()
{
for (int i = 0; i < 100; i++)
{
// 进行工作
System.Threading.Thread.Sleep(1000);

// 触发事件
ValueEventArgs e = new ValueEventArgs() { Value = i+1};
this.OnValueChanged(e);
}
}
}

注意，在这个类中，我们使用了典型的事件模式，OnValueChanged 在类中用来触发事件，将当前的进度状态提供给观察者。在 LongTimeMethod 方法中，通过调用这个方法将当前的进度提供给窗体。这个方法中通过使用 Sleep，共需花费 100 秒以上的时间才能执行完毕。

第二部分 窗体与线程问题

在项目中创建一个窗体，放置一个进度条和一个按钮。



双击按钮，就可以开始界面编程了。
在按钮的处理事件中，写下如下的代码，通过事件来获取主题的通知，在 ValueChanged 事件的处理方法中更新进度条。

private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
// 禁用按钮
this.button1.Enabled = false;

// 实例化业务对象
LongTime.Business.LongTimeWork workder = new Business.LongTimeWork();

workder.ValueChanged += new Business.ValueChangedEventHandler(workder_ValueChanged);

workder.LongTimeMethod();
}

下面是 ValueChanged 事件的处理方法。

// 进度发生变化之后的回调方法
private void workder_ValueChanged(object sender, Business.ValueEventArgs e)
{
this.progressBar1.Value = e.Value;
}

点击按钮，看起来执行正常呀，在窗体上点一下鼠标，或者在标题栏拖动一下窗口，马上就会看到界面失去了反应。



为什么会这样的？我们使用的就是典型的事件处理模式呀？
问题出在界面的线程问题上，整个界面的操作运行在一个线程上，在 Win32 时代被称为消息循环，你可以将系统对窗体的处理看成一个无限的循环，不断地获取消息，处理消息。但是，不要忘了，在一个循环中，如果一个步骤卡在了那里，其它的步骤就不会有机会执行了。
对于我们这个长时间执行的方法来说，在开始调用这句代码的时候

workder.LongTimeMethod();

就已经阻塞了这个窗体的循环，使得 Windows 没有机会来处理用户的操作，不能处理按钮，不能处理菜单，也不能拖动，通常我们成为冻结了。
显然，我们不希望这样的结果。
解决的办法就是将这个长时间执行的方法在另外一个线程上执行，而不要占用我们窗体界面处理的宝贵时间。
在 .NET 实现异步的基本方式就是委托，我们可以将这个方法表示为一个委托，然后通过委托的 BeginXXX 来实现异步调用。这样按钮的点击事件处理就成为了下面的样子。

private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
// 禁用按钮
this.button1.Enabled = false;

// 实例化业务对象
LongTime.Business.LongTimeWork workder = new Business.LongTimeWork();

workder.ValueChanged += new Business.ValueChangedEventHandler(workder_ValueChanged);

// 使用异步方式调用长时间的方法
Action handler = new Action(workder.LongTimeMethod);
handler.BeginInvoke(
new AsyncCallback(this.AsyncCallback),
handler
);
}

这里使用了系统定义的 Action 委托。由于使用 BeginInvoke 必须配合 EndInvoke , 而 EndInvoke 需要借助于开始的委托，所以在第二个参数中，将委托对象传递出去。
这里的 AsyncCallback 是异步处理完成之后的回调方法，如下所示

// 结束异步操作
private void AsyncCallback(IAsyncResult ar)
{
// 标准的处理步骤
Action handler = ar.AsyncState as Action;
handler.EndInvoke(ar);

MessageBox.Show("工作完成！");

this.button1.Enabled = true;
}

再次执行程序，看起来还不错。



不过，别高兴的太早，没准你现在就已经看到了这个异常。如果还没有看到，就在调试模式下看一看。

第三部分 回到 UI 线程

现在，我们的方法正在一步一步的进行，但是需要注意的是它工作在一个线程上，而 UI 工作在自己的线程上，这两个线程可能是同一个线程，更可能不是同一个线程。
在 Windows 中规定，对于窗体的处理，例如修改窗体控件的属性，必须在窗体的线程上才允许进行，不仅 Windows 界面，几乎所有的图形界面皆是如此，这关系到效率问题。
当我们在另外一个线程上修改窗体控件的属性的时候，异常被抛了出来。
难道还要回到 UI 线程上来执行我们长时间的方法吗？当然不是，Control 基类就提供了两个方法 Invoke 和 BeginInvoke ，允许我们以委托的形式将需要进行的处理排到 UI 的线程处理列表中，等待 UI 线程在适当的时候来执行。
使用什么委托呢？是委托都可以，Windows Forms 中提供了一个专用的委托，可以考虑使用一下。

public delegate void MethodInvoker()

其实跟 Action 一样，不过看起来专业一点，我们就使用它了。
不过，也有可能我们的线程与 UI 的线程正好是同一个线程，那我们就没有必要这么麻烦了，Control 还定义了一个属性 InvokeRequired 用来检查是否在同一个线程之上，不是则返回真，需要使用委托进行，否则返回假，可以直接处理控件。

[BrowsableAttribute(false)]
public bool InvokeRequired { get; }

这样，我们的方法，就可以修改为下面的形式

// 进度发生变化之后的回调方法
private void workder_ValueChanged(object sender, Business.ValueEventArgs e)
{
System.Windows.Forms.MethodInvoker invoker = ()=>this.progressBar1.Value = e.Value;

if (this.progressBar1.InvokeRequired)
{
this.progressBar1.Invoke(invoker);
}
else
{
invoker();
}
}

同样，结束异步的回调函数中，需要将按钮的状态重新启用，也如法炮制。

// 结束异步操作
private void AsyncCallback(IAsyncResult ar)
{
// 标准的处理步骤
Action handler = ar.AsyncState as Action;
handler.EndInvoke(ar);

MessageBox.Show("工作完成！");

// 重新启用按钮
System.Windows.Forms.MethodInvoker invoker = ()=>this.button1.Enabled = true;

if (this.InvokeRequired)
{
this.Invoke(invoker);
}
else
{
invoker();
}

}

完整的代码可以在这里下载：轻轻地点一下就可以下载了！
/article/4689606.html