第二十章:異步和文件I/O.(十八)

標記進度
正如您無疑發現的那樣,按下MandelbrotSet中的Calculate按鈕並等待位圖顯示有點令人不安。 沒有任何跡象表明該計劃在完成工作的過程中有多遠,或者您需要等待多長時間。
如果可能,異步方法應報告進度。 我確信你可以自己完成一些工作,但是有一種標準方法可以報告返回Task對象的方法的進度。 這涉及IProgress 接口和實現該接口的Progress 類,這兩個類都在System命名空間中定義。 IProgress定義如下:

public interface IProgress<T>
{
    void Report(T value);
}

要使用此工具,請爲IProgress類型的異步方法定義參數。然後,異步方法會定期調用Report,因爲它正在執行後臺作業。通常,T是int,在這種情況下,傳遞給Report的值通常在1到100之間,或者
double,適用於0到1之間的值。這是您的選擇。爲了與Xamarin.Forms ProgressBar保持一致,從0到1的雙值是理想的。
調用異步方法的代碼實例化Progress對象,並將異步方法調用Report時調用的lambda函數傳遞給其構造函數。 (或者您可以將處理程序附加到Progress對象的ProgressChanged事件。)雖然在後臺線程上調用Report,但是在實例化Progress對象的線程上調用lambda函數或事件處理程序,這意味着lambda函數或事件處理程序可以安全地訪問用戶界面對象。
MandelbrotProgress程序的XAML文件與之前的XAML文件相同,只是ProgressBar已替換ActivityIndi​​cator:

<ContentPage xmlns="http://xamarin.com/schemas/2014/forms"
             xmlns:x="http://schemas.microsoft.com/winfx/2009/xaml"
             x:Class="MandelbrotProgress.MandelbrotProgressPage">
    <ContentPage.Padding>
        <OnPlatform x:TypeArguments="Thickness"
                    iOS="0, 20, 0, 0" />
    </ContentPage.Padding>
    <StackLayout>
        <Grid VerticalOptions="FillAndExpand">
            <ContentView Padding="10, 0"
                         VerticalOptions="Center">
                <ProgressBar x:Name="progressBar" />
            </ContentView>
 
            <Image x:Name="image" />
        </Grid>
        <Button x:Name="calculateButton"
                Text="Calculate"
                FontSize="Large"
                HorizontalOptions="Center"
                Clicked="OnCalculateButtonClicked" />
    </StackLayout>
</ContentPage>

代碼隱藏文件非常相似,只是名爲progressReporter的Progress對象被定義爲一個字段,構造函數使用lambda函數對其進行實例化,該函數只是將參數設置爲ProgressBar的Progress屬性。 此Progress對象傳遞給CalculateMandelbrotAsync方法,在此新版本中,該方法現在負責創建和返回BmpMaker對象:

public partial class MandelbrotProgressPage : ContentPage
{
    static readonly Complex center = new Complex(-0.75, 0);
    static readonly Size size = new Size(2.5, 2.5);
    const int pixelWidth = 1000;
    const int pixelHeight = 1000;
    const int iterations = 100;
    Progress<double> progressReporter;
    public MandelbrotProgressPage()
    {
        InitializeComponent();
        progressReporter = new Progress<double>((double value) =>
            {
                progressBar.Progress = value;
            });
    }
    async void OnCalculateButtonClicked(object sender, EventArgs args)
    {
        // Configure the UI for a background process.
        calculateButton.IsEnabled = false;
        // Render the Mandelbrot set on a bitmap.
        BmpMaker bmpMaker = await CalculateMandelbrotAsync(progressReporter);
        image.Source = bmpMaker.Generate();
    }
    Task<BmpMaker> CalculateMandelbrotAsync(IProgress<double> progress)
    {
        return Task.Run<BmpMaker>(() =>
        {
            BmpMaker bmpMaker = new BmpMaker(pixelWidth, pixelHeight);
            for (int row = 0; row < pixelHeight; row++)
            {
                double y = center.Imaginary - size.Height / 2 + row * size.Height / pixelHeight;
                // Report the progress.
                progress.Report((double)row / pixelHeight);
                for (int col = 0; col < pixelWidth; col++)
                {
                    double x = center.Real - size.Width / 2 + col * size.Width / pixelWidth;
                    Complex c = new Complex(x, y);
                    Complex z = 0;
                    int iteration = 0;
                    bool isMandelbrotSet = false;
                    if ((c - new Complex(-1, 0)).MagnitudeSquared < 1.0 / 16)
                    {
                        isMandelbrotSet = true;
                    }
                    else
                    {
                        do
                        {
                            z = z * z + c;
                            iteration++;
                        }
                        while (iteration < iterations && z.MagnitudeSquared < 4);
                        isMandelbrotSet = iteration == iterations;
                    }
                    bmpMaker.SetPixel(row, col, isMandelbrotSet ? Color.Black : Color.White);
                }
            }
            return bmpMaker;
        });
    }
}

異步方法報告每個新行的進度:

progress.Report((double)row / pixelHeight);

注意:您不想頻繁報告進度,以至於放慢了方法的速度! 在整個操作過程中對Report方法進行了一百次調用是很充分的,在ProgressBar開始看起來緊張之前,你可能會大大減少這個數字。
如果你密切關注MandelbrotProgress中的ProgressBar,你會發現它在開始時快速移動然後變慢。 問題區域是大的心形,在較小程度上,左側的圓圈構成了Mandelbrot組的大部分。 對於這些區域內的點,在將點標識爲集合的成員之前,重複計算必須運行到最大迭代計數。 這種新方法試圖通過檢測點何時在圓內來減少工作量。 該圓的中心是複數點,半徑爲1/4:

if ((c - new Complex(-1, 0)).MagnitudeSquared < 1.0 / 16)
{
    isMandelbrotSet = true;
}

但心形指示是一個更復雜的對象(儘管也可以識別,正如該程序的下一個版本所示)。
當異步方法創建並返回該BmpMaker對象時,獲取該對象並將位圖設置爲Image對象的代碼簡化爲兩個語句:

BmpMaker bmpMaker = await CalculateMandelbrotAsync(progressReporter);
image.Source = bmpMaker.Generate();

但是如果兩個語句太多,請記住,await幾乎只是一個普通的運算符,可以是更復雜的語句的一部分:

image.Source = (await CalculateMandelbrotAsync(progressReporter)).Generate();
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