作者：周永恆
出處：http://www.cnblogs.com/Zhouyongh

本文版權歸作者和博客園共有，歡迎轉載，但未經作者同意必須保留此段聲明，且在文章頁面明顯位置給出原文連接，否則保留追究法律責任的權利。

書接前文，前篇文章介紹了WPF中的Dispatcher，由於概念太多，可能不是那麼好理解。這篇文章繼續討論，希望在線程和Dispatcher這個點上，能把它講透。

從哪說起？

　　按照慣例，在深入問題之前，先找一個插入點，希望這個插入點能爲朋友們所理解。

　　新建一個Window程序，代碼如下：

int WINAPI _tWinMain(HINSTANCE hInstance,　 HINSTANCE hPrevInstance,
                     LPTSTR    lpCmdLine,　 int       nCmdShow)
{
    RegisterWindowClass(hInstance);　　　　                                      //1　

    HWND hWnd = CreateWindow(szWindowClass, szTitle, WS_OVERLAPPEDWINDOW,        //2
        CW_USEDEFAULT, 0, CW_USEDEFAULT,z 0, NULL, NULL, hInstance, NULL);
    ShowWindow(hWnd, nCmdShow);

    MSG msg;                                                                     //3
    while (GetMessage(&msg, NULL, 0, 0))
    {
        TranslateMessage(&msg);
        DispatchMessage(&msg);
    }

    return (int) msg.wParam;
}

　　其中的RegisterWindowClass

WORD RegisterWindowClass(HINSTANCE hInstance)
{
    WNDCLASSEX wcex;

    wcex.lpszClassName  = szWindowClass;

    wcex.lpfnWndProc    = WndProc;
    ...
}
LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hWnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
{
    switch (message)
    {
    case WM_PAINT:
    ...
}

　　這個創建窗口並顯示的過程如下：

調用RegisterWindowClass註冊窗口類，關聯其中的窗口過程WndProc。
調用CreateWindow創建窗口並顯示。
（主線程）進入GetMessage循環，取得消息後調用DispatchMessage分發消息。

　　這裏的GetMessage循環就是所謂的消息泵，它像水泵一樣源源不斷的從線程的消息隊列中取得消息，然後調用DispatchMessage把消息分發到各個窗口，交給窗口的WndProc去處理。

　　用一副圖來表示這個過程：

鼠標點擊。
操作系統底層獲知這次點擊動作，根據點擊位置遍歷找到對應的Hwnd，構建一個Window消息MSG，把這個消息加入到創建該Hwnd線程的消息隊列中去。
應用程序主線程處於GetMessage循環中，每次調用GetMessage獲取一個消息，如果線程的消息隊列爲空，則線程會被掛起，直到線程消息隊列存在消息線程會被重新激活。
調用DispatchMessage分發消息MSG，MSG持有一個Hwnd的字段，指明瞭消息應該發往的Hwnd，操作系統在第2步構建MSG時會設置這個值。
消息被髮往Hwnd，操作系統回調該Hwnd對應的窗口過程WndProc，由WndProc來處理這個消息。

　　這是一個簡略的Window消息處理流程，往具體說這個故事會很長，讓我們把目光收回到WPF，看看WPF和即將介紹的Dispatcher在這個基礎上都做了些什麼，又有哪些出彩的地方。

仍然從Main函數說起

　　作爲應用程序的入口點，我們仍然從Main函數走進WPF。

　　新建一個WPF工程，如下：

　　默認的WPF工程中中是找不到傳統的Program.cs文件的，它的App.xaml文件的編譯動作爲ApplicationDefinition，編譯後，編譯器會自動生成App.g.cs文件，包含了Main函數。如下：

        [System.STAThreadAttribute()]
        [System.Diagnostics.DebuggerNonUserCodeAttribute()]
        public static void Main()

　　　　{
            WpfApplication3.App app = new WpfApplication3.App();
            app.InitializeComponent();
            app.Run();
        }

　　這裏出現了Application類，按MSDN上的解釋，“Application 是一個類，其中封裝了 WPF 應用程序特有的功能，包括：應用程序生存期；應用程序範圍的窗口、屬性和資源管理；命令行參數和退出代碼處理；導航”等。

　　調用app.Run()之後，按照前面Win32的步驟，應用程序應進入到一個GetMessage的消息泵之中，那麼對WPF程序來說，這個消息泵是什麼樣的呢？又和Dispatcher有什麼關係呢？

走進Dispatcher

　　Dispatcher的構造函數是私有的，調用Dispacher.CurrentDispatcher會獲得當前線程的Dispatcher，Dispatcher內部持有一個靜態的所有Dispatcher的List。因爲構造函數私有，只能調用CurrentDispatcher來獲得Dispatcher，可以保證對同一個線程，只能創建一個Dispatcher。

　　Dispatcher提供了一個Run函數，來啓動消息泵，內部的核心代碼是我們所熟悉的，如：

        while (frame.Continue)
        {
            if (!GetMessage(ref msg, IntPtr.Zero, 0, 0))
                break;
            TranslateAndDispatchMessage(ref msg);
        }

　　這裏出現了一個Frame的概念，暫且不談，來看看Dispatcher相對於傳統的消息循環，有哪些改進的地方。

Dispatcher的新意

　　在Winform的消息循環中，

爲了線程安全，調用Control的Invoke或者BeginInvoke方法可以在創建控件的線程上執行委託，方法的返回值分別爲object和IAsyncResult。儘管可以使用IAsyncResult的IsCompleted和AsyncWaitHandle等方法來輪詢或者等待委託的執行，但對於對任務的控制來講，這個粒度是不夠的，我們不能取消（Cancel）一個已經調用BeginInvoke的委託任務，也不能更換兩個BeginInvoke的執行順序。
更爲友好的接口支持，Windows編程中，在窗口消息循環中加入Hook是常見的需求，Dispatcher提供了DispatcherHooks類，以Event的形式對外提供了OperationAborted，OperationCompleted，OperationPosted等事件。

　　這裏的Operation指的是DispatcherOperation，爲了更好的控制消息循環，WPF引入了DispatcherOperation來封裝Window消息，這個DispatcherOperation如下：

DispatcherOpration

public sealed class DispatcherOperation

    public Dispatcher Dispatcher { get; }

    public DispatcherPriority Priority { get; set; }

    public object Result { get; }

    public DispatcherOperationStatus Status { get; }

    public event EventHandler Aborted;

    public event EventHandler Completed;

    public bool Abort();

    public DispatcherOperationStatus Wait();

    public DispatcherOperationStatus Wait(TimeSpan timeout);

　　DispatcherOperation類看起來還是比較簡單明瞭的，以屬性的形式暴露了Result（結果），Status（狀態），以及用事件來指出這個Operation何時結束或者取消。其中比較有意思的是Priority屬性，從字面來看，它表示了DispatcherOperation的優先級，而且提供了get和set方法，也就是說，這個DispatcherOperation是可以在運行時更改優先級的。那麼這個優先級是怎麼回事，Dispatcher又是如何處理DispatcherOperation的呢，讓我們深入DispatcherOperation，來看看它是如何被處理的。

深入DispatcherOperation（DO）

　　所謂深入，也要有的放矢，從三個方面來談一下DispatcherOperation：

DispatcherOperation是如何被創建的。
DispatcherOperation是何時被執行的。
DispatcherOperation是怎樣被執行的。

　　Dispatcher提供了BeginInvoke和Invoke兩個方法，其中BeginInvoke的返回值是DispatcherOperation，Invoke函數的內部調用了BeginInvoke，也就是說，DispatcherOperation就是在這兩個函數中被創建出來的。我們可以調用這兩個函數創建新的DO，WPF內部也調用了這兩個函數，把Window消息轉化爲DispatcherOperation，用一副圖表示如下：

窗口過程WndProc接收到Window消息，調用Dispatcher的Invoke方法，創建一個DispatcherOperation。Dispatcher內部持有一個DispatcherOperation的隊列，用來存放所有創建出來的DispatcherOperation。默認一個DO被創建出來後，會加入到這個隊列中去。WndProc調用Invoke的時候比較特殊，他傳遞的優先級DispatcherPriority爲Send，這是一個特殊的優先級，在Invoke時傳遞Send優先級WPF會直接執行這個DO，而不把它加入到隊列中去。
用戶也可以隨時調用Invoke或者BeginInvoke方法加入新的DO，在DispatcherOperation處理的時候也可能會調用BeginInvoke加入新的DO。

　　DO被加入到Dispatcher的隊列中去，那麼這個隊列又是何時被處理呢？Dispatcher在創建的時候，創建了一個隱藏的Window，在DO加入到隊列後，Dispatcher會向自己的隱藏Window發送一個自定義的Window消息（DispatcherProcessQueue）。當收到這個消息後，會按照優先級和隊列順序取出第一個DO並執行：

用戶調用BeginInvoke。
Dispatcher創建了一個DO，加入到DO隊列中去，並向自己的隱藏窗口Post自定義消息（DispatcherProcessQueue）。
創建隱藏窗口時會Hook它的消息，當收到的消息爲DispatcherProcessQueue時，按照優先級取出隊列中的一個DO，並執行。

　　每加入一個DO就會申請處理DO隊列，在DO的優先級（DispatcherPriority）被改變的時候也會處理DO隊列，DO在創建時聲明瞭自己的優先級，這個優先級會影響到隊列的處理順序。

DispatcherTimer

　　鑑於線程親緣性，當需要創建Timer並訪問UI對象時，多使用DispatcherTimer。DispatcherTimer的一個簡單用法如下：

  var dispatcherTimer = new System.Windows.Threading.DispatcherTimer();

  dispatcherTimer.Tick += new EventHandler(dispatcherTimer_Tick);

  dispatcherTimer.Interval = new TimeSpan(0,0,1);

dispatcherTimer.Start();

　　在DispatcherTimer的內部，Timer的Tick事件處理也被包裝成了DispatcherOperation，並調用BeginInvoke加入到Dispatcher中去。當這個DO被執行後，如果DispatcherTimer的狀態仍然爲Enable，DispatcherTimer會繼續調用BeginInvoke加入新的DO。關於Timer的時間處理，Dispatcher會向自己的隱藏窗口調用SetTimer並計算時間間隔，當然，因爲DispatcherOperation有優先級，不能保狀正好在時間間隔時執行這個DO，這個執行的時間會比預計時間偏後而不會超前。

UI線程和Dispatcher

　　通常，WPF啓動時具有兩個線程，一個處理呈現（Render），另一個用於管理UI。關於Render線程，請參見前文。這個管理UI的線程通常被稱爲UI線程。在WPF中，所有UI對象的基類爲DispatcherObject，WPF在對所有DispatcherObject屬性操作前進行了線程親緣性校驗，只有在創建UI對象的線程中纔可以訪問該UI對象。

　　前面提到，由於Dispatcher構造函數私有，一個線程最多只能有一個Dispatcher。對UI線程來說，Dispatcher的主要作用就是對任務項（DispatcherOperation）進行排隊。對UI對象來說，DispatcherObject有一個Dispatcher屬性，可以獲得創建該UI對象線程的Dispatcher。這種設計通過Dispatcher統一了UI對象的操作，從使用上隔離了UI對象和線程間的關係。

多線程

　　多線程操作簡單分爲兩種：多工作線程和多UI線程，當然，也可以有多工作多UI線程，思路是一樣的，省去不談。

　　程序啓動時默認的主線程就是UI線程，它在調用Application.Run（也就是Dispatcher.Run）之後進入了一個GetMessage的循環中，對Window消息進行響應並構建執行一個個的DispatcherOperation。默認對UI對象的操作都是在這個主線程中，如果進行耗時很長的操作就會造成UI線程長時間不能繼續響應Window消息，造成界面假死等一些的UI響應問題。對這種耗時較長的操作一般需要工作線程來幫忙，操作結束後再通過Dispatcher把結果Invoke到UI線程，如：

TextBlock textBlock = new TextBlock() { Text = "1" };

Thread thread = new Thread(new ThreadStart(() =>

        //做一些耗時操作，這裏用線程休眠10秒來模擬

         Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(10));

        textBlock.Dispatcher.Invoke(new Action(() =>

                textBlock.Text = "2";

            }));

    }));

thread.Start();

　　當然，除了新建工作線程，也可以使用BackgroundWorker或者線程池中線程來進行耗時操作，操作結束後需要調用UI對象Dispatcher的Invoke或者BeginInvoke方法來操作UI，否則會拋出InvalidOperationException來提示不可跨線程訪問UI對象。

　　這種多工作線程是很常見的，一般我們討論的多線程大多指這種多工作線程單一UI線程，那麼如何創建多UI線程的程序呢？

多UI線程

　　在談多UI線程之前，先說說多UI線程使用的場景：

　　大多數情況下，我們是不需要多UI線程的，所謂多UI線程，就是指有兩個或者兩個以上的線程創建了UI對象。這種做法的好處是兩個UI線程會分別進入各自的GetMessage循環，如果是需要多個監視實時數據的UI，或者說使用了DirectShow一些事件密集的程序，可以考慮新創建一個UI線程（GetMessage循環）來減輕單一消息泵的壓力。當然，這樣做的壞處也很多，不同UI線程中的UI對象互相訪問是需要進行Invoke通信的，爲了解決這個問題，WPF提供了VisualTarget來用於跨線程將一個對象樹連接到另一個對象樹，如：

    public class VisualHost : FrameworkElement

        public Visual Child

            get { return _child; }

set

                if (_child != null)

                    RemoveVisualChild(_child);

                _child = value;

                if (_child != null)

                    AddVisualChild(_child);

        protected override Visual GetVisualChild(int index)

            if (_child != null && index == 0)

                return _child;

            else

                throw new ArgumentOutOfRangeException("index");

        protected override int VisualChildrenCount

            get { return _child != null ? 1 : 0; }

        private Visual _child;

　　在另一個UI線程下的VisualTarget：

    Window win = new Window();

    win.Loaded += (s, ex) =>

            VisualHost vh = new VisualHost();

            HostVisual hostVisual = new HostVisual();

            vh.Child = hostVisual;

            win.Content = vh;

            Thread thread = new Thread(new ThreadStart(() =>

                VisualTarget visualTarget = new VisualTarget(hostVisual);

                DrawingVisual dv = new DrawingVisual();

                using (var dc = dv.RenderOpen())

                    dc.DrawText(new FormattedText("UI from another UI thread",

                        System.Globalization.CultureInfo.GetCultureInfo("en-us"),

                        FlowDirection.LeftToRight,

                        new Typeface("Verdana"),

32,

                        Brushes.Black), new Point(10, 0));

                visualTarget.RootVisual = dv;

                Dispatcher.Run();  //啓動Dispatcher

            }));

            thread.SetApartmentState(ApartmentState.STA);

            thread.IsBackground = true;

            thread.Start();

};

win.Show();

　　當然，這個多UI線程只是爲了更好的捋清線程間的關係，實際使用中的例子並不是很常見。

總結

　　Dispatcher是WPF中很重要的一個概念，WPF所有UI對象都是運行在Dispatcher上的。Dispatcher的一些設計思路包括Invoke和BeginInvoke等從WinForm時代就是一直存在的，只是使用了Dispatcher來封裝這些線程級的操作。剩餘一些概念包括跨線程通信的Freezable以及詳細的優先級順序DispatcherPriority本文都沒有細談，以後的文章中會逐步介紹，希望大家多多支持，謝謝。

作者：周永恆
出處：http://www.cnblogs.com/Zhouyongh

本文版權歸作者和博客園共有，歡迎轉載，但未經作者同意必須保留此段聲明，且在文章頁面明顯位置給出原文連接，否則保留追究法律責任的權利。

深入WPF -- Dispatcher（補）

從哪說起？

仍然從Main函數說起

走進Dispatcher

Dispatcher的新意

DispatcherOpration

深入DispatcherOperation（DO）

DispatcherTimer

UI線程和Dispatcher

多線程

多UI線程

總結

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數組的簡單處理方式

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double atof的實現（char型轉double）

（二）依賴項屬性

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