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五、CLR线程池的I/O线程
在前一节所介绍的线程都属于CLR线程池的工作者线程，这一节开始为大家介绍一下CLR线程池的I/O线程
I/O 线程是.NET专为访问外部资源所设置的一种线程，因为访问外部资源常常要受到外界因素的影响，为了防止让主线程受影响而长期处于阻塞状态，.NET为多 个I/O操作都建立起了异步方法，例如：FileStream、TCP/IP、WebRequest、WebService等等，而且每个异步方法的使用 方式都非常类似，都是以BeginXXX为开始，以EndXXX结束，下面为大家一一解说。
5.1 异步读写 FileStream
需要在 FileStream 异步调用 I/O线程，必须使用以下构造函数建立 FileStream 对象，并把useAsync设置为 true。
FileStream stream = new FileStream ( string path, FileMode mode, FileAccess access, FileShare share, int bufferSize,bool useAsync ) ;
其中 path 是文件的相对路径或绝对路径; mode 确定如何打开或创建文件; access 确定访问文件的方式; share 确定文件如何进程共享; bufferSize 是代表缓冲区大小,一般默认最小值为8，在启动异步读取或写入时，文件大小一般大于缓冲大小; userAsync代表是否启动异步I/O线程。
5.1.1 异步写入
FileStream中包含BeginWrite、EndWrite 方法可以启动I/O线程进行异步写入。
public override IAsyncResult BeginWrite ( byte[] array, int offset, int numBytes, AsyncCallback userCallback, Object stateObject )
public override void EndWrite (IAsyncResult asyncResult )
BeginWrite 返回值为IAsyncResult, 使用方式与委托的BeginInvoke方法相似，最好就是使用回调函数，避免线程阻塞。在最后两个参数中，参数AsyncCallback用于绑定回调 函数; 参数Object用于传递外部数据。要注意一点：AsyncCallback所绑定的回调函数必须是带单个 IAsyncResult 参数的无返回值方法。
在例子中，把FileStream作为外部数据传递到回调函数当中，然后在回调函数中利用IAsyncResult.AsyncState获取FileStream对象，最后通过FileStream.EndWrite（IAsyncResult）结束写入。
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
//把线程池的最大值设置为1000
ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
ThreadPoolMessage("Start");
//新立文件File.sour
FileStream stream = new FileStream("File.sour", FileMode.OpenOrCreate,
FileAccess.ReadWrite,FileShare.ReadWrite,1024,true);
byte[] bytes = new byte[16384];
string message = "An operating-system ThreadId has no fixed relationship........";
bytes = Encoding.Unicode.GetBytes(message);
//启动异步写入
stream.BeginWrite(bytes, 0, (int)bytes.Length,new AsyncCallback(Callback),stream);
stream.Flush();
Console.ReadKey();
}
static void Callback(IAsyncResult result)
{
//显示线程池现状
Thread.Sleep(200);
ThreadPoolMessage("AsyncCallback");
//结束异步写入
FileStream stream = (FileStream)result.AsyncState;
stream.EndWrite(result);
stream.Close();
}
//显示线程池现状
static void ThreadPoolMessage(string data)
{
int a, b;
ThreadPool.GetAvailableThreads(out a, out b);
string message = string.Format("{0}\n CurrentThreadId is {1}\n "+
"WorkerThreads is:{2} CompletionPortThreads is :{3}",
data, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, a.ToString(), b.ToString());
Console.WriteLine(message);
}
}
由输出结果可以看到，在使用FileStream.BeginWrite方法后，系统将自动启动CLR线程池中I/O线程。
5.1.2 异步读取
FileStream 中包含 BeginRead 与 EndRead 可以异步调用I/O线程进行读取。
public override IAsyncResult BeginRead ( byte[] array,int offset,int numBytes, AsyncCallback userCallback,Object stateObject)
public override int EndRead(IAsyncResult asyncResult)
其使用方式与BeginWrite和EndWrite相似，AsyncCallback用于绑定回调函数; Object用于传递外部数据。在回调函数只需要使用IAsyncResut.AsyncState就可获取外部数据。EndWrite 方法会返回从流读取到的字节数量。
首先定义 FileData 类，里面包含FileStream对象，byte[] 数组和长度。然后把FileData对象作为外部数据传到回调函数，在回调函数中，把IAsyncResult.AsyncState强制转换为 FileData，然后通过FileStream.EndRead（IAsyncResult）结束读取。最后比较一下长度，若读取到的长度与输入的数据 长度不一至，则抛出异常。
1 class Program 2 { 3 public class FileData 4 { 5 public FileStream Stream; 6 public int Length; 7 public byte[] ByteData; 8 } 9 10 static void Main(string[] args) 11 { 12 //把线程池的最大值设置为1000
13 ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000); 14 ThreadPoolMessage("Start"); 15 ReadFile(); 16 17 Console.ReadKey(); 18 } 19 20 static void ReadFile() 21 { 22 byte[] byteData=new byte[80961024]; 23 FileStream stream = new FileStream("File1.sour", FileMode.OpenOrCreate, 24 FileAccess.ReadWrite, FileShare.ReadWrite, 1024, true); 25 26 //把FileStream对象,byte[]对象，长度等有关数据绑定到FileData对象中，以附带属性方式送到回调函数
27 FileData fileData = new FileData(); 28 fileData.Stream = stream; 29 fileData.Length = (int)stream.Length; 30 fileData.ByteData = byteData; 31 32 //启动异步读取
33 stream.BeginRead(byteData, 0, fileData.Length, new AsyncCallback(Completed), fileData); 34 } 35 36 static void Completed(IAsyncResult result) 37 { 38 ThreadPoolMessage("Completed"); 39 40 //把AsyncResult.AsyncState转换为FileData对象，以FileStream.EndRead完成异步读取
41 FileData fileData = (FileData)result.AsyncState; 42 int length=fileData.Stream.EndRead(result); 43 fileData.Stream.Close(); 44 45 //如果读取到的长度与输入长度不一致，则抛出异常
46 if (length != fileData.Length) 47 throw new Exception("Stream is not complete!"); 48 49 string data=Encoding.ASCII.GetString(fileData.ByteData, 0, fileData.Length); 50 Console.WriteLine(data.Substring(2,22)); 51 } 52 53 //显示线程池现状
54 static void ThreadPoolMessage(string data) 55 { 56 int a, b; 57 ThreadPool.GetAvailableThreads(out a, out b); 58 string message = string.Format("{0}\n CurrentThreadId is {1}\n "+ 59 "WorkerThreads is:{2} CompletionPortThreads is :{3}", 60 data, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, a.ToString(), b.ToString()); 61 Console.WriteLine(message); 62 } 63 64 }
由输出结果可以看到，在使用FileStream.BeginRead方法后，系统将自动启动CLR线程池中I/O线程。
5.2 异步操作TCP/IP套接字
在介绍 TCP/IP 套接字前先简单介绍一下 NetworkStream 类，它是用于网络访问的基础数据流。 NetworkStream 提供了好几个方法控制套接字数据的发送与接收, 其中BeginRead、EndRead、BeginWrite、EndWrite 能够实现异步操作，而且异步线程是来自于CLR线程池的I/O线程。
public override int ReadByte ()
public override int Read (byte[] buffer,int offset, int size)
public override void WriteByte (byte value)
public override void Write (byte[] buffer,int offset, int size)
public override IAsyncResult BeginRead (byte [] buffer, int offset, int size, AsyncCallback callback, Object state )
public override int EndRead(IAsyncResult result)
public override IAsyncResult BeginWrite (byte [] buffer, int offset, int size, AsyncCallback callback, Object state )
public override void EndWrite(IAsyncResult result)
若要创建 NetworkStream，必须提供已连接的 Socket。而在.NET中使用TCP/IP套接字不需要直接与Socket打交道，因为.NET把Socket的大部分操作都放在 System.Net.TcpListener和System.Net.Sockets.TcpClient里面，这两个类大大地简化了Socket的操 作。一般套接字对象Socket包含一个Accept（）方法，此方法能产生阻塞来等待客户端的请求，而在TcpListener类里也包含了一个相似的 方法 public TcpClient AcceptTcpClient（）用于等待客户端的请求。此方法将会返回一个TcpClient 对象，通过 TcpClient 的 public NetworkStream GetStream（）方法就能获取NetworkStream对象，控制套接字数据的发送与接收。
下面以一个例子说明异步调用TCP/IP套接字收发数据的过程。
首先在服务器端建立默认地址127.0.0.1用于收发信息，使用此地址与端口500新建TcpListener对象，调用TcpListener.Start 侦听传入的连接请求，再使用一个死循环来监听信息。
在ChatClient类包括有接收信息与发送信息两个功能：当接收到客户端请求时，它会利 用 NetworkStream.BeginRead 读取客户端信息，并在回调函数ReceiveAsyncCallback中输出信息内容，若接收到的信息的大小小于1时，它将会抛出一个异常。当信息成功 接收后，再使用 NetworkStream.BeginWrite 方法回馈信息到客户端
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
//设置CLR线程池最大线程数
ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
//默认地址为127.0.0.1
IPAddress ipAddress = IPAddress.Parse("127.0.0.1");
TcpListener tcpListener = new TcpListener(ipAddress, 500);
tcpListener.Start();
//以一个死循环来实现监听
while (true)
{ //调用一个ChatClient对象来实现监听
ChatClient chatClient = new ChatClient(tcpListener.AcceptTcpClient());
}
}
}
public class ChatClient
{
static TcpClient tcpClient;
static byte[] byteMessage;
static string clientEndPoint;
public ChatClient(TcpClient tcpClient1)
{
tcpClient = tcpClient1;
byteMessage = new byte[tcpClient.ReceiveBufferSize];
//显示客户端信息
clientEndPoint = tcpClient.Client.RemoteEndPoint.ToString();
Console.WriteLine("Client's endpoint is " + clientEndPoint);
//使用NetworkStream.BeginRead异步读取信息
NetworkStream networkStream = tcpClient.GetStream();
networkStream.BeginRead(byteMessage, 0, tcpClient.ReceiveBufferSize,
new AsyncCallback(ReceiveAsyncCallback), null);
}
public void ReceiveAsyncCallback(IAsyncResult iAsyncResult)
{
//显示CLR线程池状态
Thread.Sleep(100);
ThreadPoolMessage("\nMessage is receiving");
//使用NetworkStream.EndRead结束异步读取
NetworkStream networkStreamRead = tcpClient.GetStream();
int length=networkStreamRead.EndRead(iAsyncResult);
//如果接收到的数据长度少于1则抛出异常
if (length < 1)
{
tcpClient.GetStream().Close();
throw new Exception("Disconnection!");
}
//显示接收信息
string message = Encoding.UTF8.GetString(byteMessage, 0, length);
Console.WriteLine("Message:" + message);
//使用NetworkStream.BeginWrite异步发送信息
byte[] sendMessage = Encoding.UTF8.GetBytes("Message is received!");
NetworkStream networkStreamWrite=tcpClient.GetStream();
networkStreamWrite.BeginWrite(sendMessage, 0, sendMessage.Length,
new AsyncCallback(SendAsyncCallback), null);
}
//把信息转换成二进制数据，然后发送到客户端
public void SendAsyncCallback(IAsyncResult iAsyncResult)
{
//显示CLR线程池状态
Thread.Sleep(100);
ThreadPoolMessage("\nMessage is sending");
//使用NetworkStream.EndWrite结束异步发送
tcpClient.GetStream().EndWrite(iAsyncResult);
//重新监听
tcpClient.GetStream().BeginRead(byteMessage, 0, tcpClient.ReceiveBufferSize,
new AsyncCallback(ReceiveAsyncCallback), null);
}
//显示线程池现状
static void ThreadPoolMessage(string data)
{
int a, b;
ThreadPool.GetAvailableThreads(out a, out b);
string message = string.Format("{0}\n CurrentThreadId is {1}\n " +
"WorkerThreads is:{2} CompletionPortThreads is :{3}\n",
data, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, a.ToString(), b.ToString());
Console.WriteLine(message);
}
}
而在客户端只是使用简单的开发方式，利用TcpClient连接到服务器端，然后调用NetworkStream.Write方法发送信息，最后调用NetworkStream.Read方法读取回馈信息
1 static void Main(string[] args) 2 { 3 //连接服务端
4 TcpClient tcpClient = new TcpClient("127.0.0.1", 500); 5 6 //发送信息
7 NetworkStream networkStream = tcpClient.GetStream(); 8 byte[] sendMessage = Encoding.UTF8.GetBytes("Client request connection!"); 9 networkStream.Write(sendMessage, 0, sendMessage.Length); 10 networkStream.Flush(); 11 12 //接收信息
13 byte[] receiveMessage=new byte[1024]; 14 int count=networkStream.Read(receiveMessage, 0,1024); 15 Console.WriteLine(Encoding.UTF8.GetString(receiveMessage)); 16 Console.ReadKey(); 17 }
注意观察运行结果，服务器端的异步操作线程都是来自于CLR线程池的I/O线程
5.3 异步WebRequest
System.Net.WebRequest 是 .NET 为实现访问 Internet 的 “请求/响应模型” 而开发的一个 abstract 基类， 它 主要有三个子类：FtpWebRequest、HttpWebRequest、FileWebRequest。当使用 WebRequest.Create（string uri）创建对象时，应用程序就可以根据请求协议判断实现类来进行操作。FileWebRequest、FtpWebRequest、 HttpWebRequest 各有其作用：FileWebRequest 使用 “file://路径” 的URI方式实现对本地资源和内部文件的请求/响应、FtpWebRequest 使用FTP文件传输协议实现文件请求/响应、HttpWebRequest 用于处理HTTP的页面请求/响应。由于使用方法相类似，下面就以常用的HttpWebRequest为例子介绍一下异步WebRequest的使用方法。
在使用ASP.NET开发网站的时候，往往会忽略了HttpWebRequest的使用，因为开发 都假设客户端是使用浏览器等工具去阅读页面的。但如果你对REST开发方式有所了解，那对 HttpWebRequest 就应该非常熟悉。它可以在路径参数、头文件、页面主体、Cookie 等多处地方加入请求条件，然后对回复数据进行适当处理。HttpWebRequest 包含有以下几个常用方法用于处理请求/响应：
public override Stream GetRequestStream ()
public override WebResponse GetResponse ()
public override IAsyncResult BeginGetRequestStream ( AsyncCallback callback, Object state )
public override Stream EndGetRequestStream ( IAsyncResult asyncResult )
public override IAsyncResult BeginGetResponse ( AsyncCallback callback, Object state )
public override WebResponse EndGetResponse ( IAsyncResult asyncResult )
其中BeginGetRequestStream、EndGetRequestStream 用于异步向HttpWebRequest对象写入请求信息; BeginGetResponse、EndGetResponse 用于异步发送页面请求并获取返回信息。使用异步方式操作Internet的“请求/响应”，避免主线程长期处于等待状态，而操作期间异步线程是来自CLR 线程池的I/O线程。
下面以简单的例子介绍一下异步请求的用法。
首先为Person类加上可序列化特性，在服务器端建立Hanlder.ashx，通过Request.InputStream 获取到请求数据并把数据转化为String对象，此实例中数据是以 “Id：1” 的形式实现传送的。然后根据Id查找对应的Person对象，并把Person对象写入Response.OutStream 中返还到客户端。
在客户端先把 HttpWebRequird.Method 设置为 "post"，使用异步方式通过BeginGetRequireStream获取请求数据流，然后写入请求数据 “Id:1”。再使用异步方法BeginGetResponse 获取回复数据，最后把数据反序列化为Person对象显示出来。
注意：HttpWebRequire.Method默认为get，在写入请求前必须把HttpWebRequire.Method设置为post,否则在使用BeginGetRequireStream 获取请求数据流的时候，系统就会发出 “无法发送具有此谓词类型的内容正文" 的异常。
Model
namespace Model { [Serializable] public class Person { public int ID { get; set; } public string Name { get; set; } public int Age { get; set; } } }
服务器端
1 public class Handler : IHttpHandler { 2 3 public void ProcessRequest(HttpContext context) 4 { 5 //把信息转换为String，找出输入条件Id
6 byte[] bytes=new byte[1024]; 7 int length=context.Request.InputStream.Read(bytes,0,1024); 8 string condition = Encoding.Default.GetString(bytes); 9 int id = int.Parse(condition.Split(new string[] { ":" }, 10 StringSplitOptions.RemoveEmptyEntries)[1]); 11 12 //根据Id查找对应Person对象
13 var person = GetPersonList().Where(x => x.ID == id).First(); 14 15 //所Person格式化为二进制数据写入OutputStream
16 BinaryFormatter formatter = new BinaryFormatter(); 17 formatter.Serialize(context.Response.OutputStream, person); 18 } 19 20 //模拟源数据
21 private IList<Person> GetPersonList() 22 { 23 var personList = new List<Person>(); 24 25 var person1 = new Person(); 26 person1.ID = 1; 27 person1.Name = "Leslie"; 28 person1.Age = 30; 29 personList.Add(person1); 30 ........... 31 return personList; 32 } 33 34 public bool IsReusable 35 { 36 get { return true;} 37 } 38 }
客户端
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
Request();
Console.ReadKey();
}
static void Request()
{
ThreadPoolMessage("Start");
//使用WebRequest.Create方法建立HttpWebRequest对象
HttpWebRequest webRequest = (HttpWebRequest)WebRequest.Create(
"http://localhost:5700/Handler.ashx");
webRequest.Method = "post";
//对写入数据的RequestStream对象进行异步请求
IAsyncResult result=webRequest.BeginGetRequestStream(
new AsyncCallback(EndGetRequestStream),webRequest);
}
static void EndGetRequestStream(IAsyncResult result)
{
ThreadPoolMessage("RequestStream Complete");
//获取RequestStream
HttpWebRequest webRequest = (HttpWebRequest)result.AsyncState;
Stream stream=webRequest.EndGetRequestStream(result);
//写入请求条件
byte[] condition = Encoding.Default.GetBytes("Id:1");
stream.Write(condition, 0, condition.Length);
//异步接收回传信息
IAsyncResult responseResult = webRequest.BeginGetResponse(
new AsyncCallback(EndGetResponse), webRequest);
}
static void EndGetResponse(IAsyncResult result)
{
//显出线程池现状
ThreadPoolMessage("GetResponse Complete");
//结束异步请求，获取结果
HttpWebRequest webRequest = (HttpWebRequest)result.AsyncState;
WebResponse webResponse = webRequest.EndGetResponse(result);
//把输出结果转化为Person对象
Stream stream = webResponse.GetResponseStream();
BinaryFormatter formatter = new BinaryFormatter();
var person=(Person)formatter.Deserialize(stream);
Console.WriteLine(string.Format("Person Id:{0} Name:{1} Age:{2}",
person.ID, person.Name, person.Age));
}
//显示线程池现状
static void ThreadPoolMessage(string data)
{
int a, b;
ThreadPool.GetAvailableThreads(out a, out b);
string message = string.Format("{0}\n CurrentThreadId is {1}\n " +
"WorkerThreads is:{2} CompletionPortThreads is :{3}\n",
data, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, a.ToString(), b.ToString());
Console.WriteLine(message);
}
}
从运行结果可以看到，BeginGetRequireStream、BeginGetResponse方法是使用CLR线程池的I/O线程。
5.4 异步调用WebService
相比TCP/IP套接字，在使用WebService的时候，服务器端需要更复杂的操作处理，使用时间往往会更长。为了避免客户端长期处于等待状态，在配置服务引用时选择 “生成异步操作”，系统可以自动建立异步调用的方式。
以.NET 2.0以前，系统都是使用ASMX来设计WebService，而近年来WCF可说是火热登场，下面就以WCF为例子简单介绍一下异步调用WebService的例子。
由于系统可以自动生成异步方法，使用起来非常简单，首先在服务器端建立服务 ExampleService，里面包含方法Method。客户端引用此服务时，选择 “生成异步操作”。然后使用 BeginMethod 启动异步方法， 在回调函数中调用EndMethod结束异步调用。
服务端
1 [ServiceContract] 2 public interface IExampleService 3 { 4 [OperationContract] 5 string Method(string name); 6 } 7 8 public class ExampleService : IExampleService 9 { 10 public string Method(string name) 11 { 12 return "Hello " + name; 13 } 14 } 15 16 class Program 17 { 18 static void Main(string[] args) 19 { 20 ServiceHost host = new ServiceHost(typeof(ExampleService)); 21 host.Open(); 22 Console.ReadKey(); 23 host.Close(); 24 } 25 } 26 27 <configuration> 28 <system.serviceModel> 29 <services> 30 <service name="Example.ExampleService"> 31 <endpoint address="" binding="wsHttpBinding" contract="Example.IExampleService"> 32 <identity> 33 <dns value="localhost" /> 34 </identity> 35 </endpoint> 36 <endpoint address="mex" binding="mexHttpBinding" contract="IMetadataExchange" /> 37 <host> 38 <baseAddresses> 39 <add baseAddress="http://localhost:7200/Example/ExampleService/" /> 40 </baseAddresses> 41 </host> 42 </service> 43 </services> 44 </system.serviceModel> 45 </configuration>
客户端
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
//设置最大线程数
ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 1000);
ThreadPoolMessage("Start");
//建立服务对象，异步调用服务方法
ExampleServiceReference.ExampleServiceClient exampleService = new
ExampleServiceReference.ExampleServiceClient();
exampleService.BeginMethod("Leslie",new AsyncCallback(AsyncCallbackMethod),
exampleService);
Console.ReadKey();
}
static void AsyncCallbackMethod(IAsyncResult result)
{
Thread.Sleep(1000);
ThreadPoolMessage("Complete");
ExampleServiceReference.ExampleServiceClient example =
(ExampleServiceReference.ExampleServiceClient)result.AsyncState;
string data=example.EndMethod(result);
Console.WriteLine(data);
}
//显示线程池现状
static void ThreadPoolMessage(string data)
{
int a, b;
ThreadPool.GetAvailableThreads(out a, out b);
string message = string.Format("{0}\n CurrentThreadId is {1}\n " +
"WorkerThreads is:{2} CompletionPortThreads is :{3}\n",
data, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, a.ToString(), b.ToString());
Console.WriteLine(message);
}
}
<configuration>
<system.serviceModel>
<bindings>
<wsHttpBinding>
<binding name="WSHttpBinding_IExampleService" closeTimeout="00:01:00"
openTimeout="00:01:00" receiveTimeout="00:10:00" sendTimeout="00:01:00"
bypassProxyOnLocal="false" transactionFlow="false"
hostNameComparisonMode="StrongWildcard" maxBufferPoolSize="524288"
maxReceivedMessageSize="65536" messageEncoding="Text" textEncoding="utf-8"
useDefaultWebProxy="true" allowCookies="false">
<readerQuotas maxDepth="32" maxStringContentLength="8192" maxArrayLength="16384"
maxBytesPerRead="4096" maxNameTableCharCount="16384" />
<reliableSession ordered="true" inactivityTimeout="00:10:00" enabled="false" />
<security mode="Message">
<transport clientCredentialType="Windows" proxyCredentialType="None"
realm="" />
<message clientCredentialType="Windows" negotiateServiceCredential="true"
algorithmSuite="Default" />
</security>
</binding>
</wsHttpBinding>
</bindings>
<client>
<endpoint address="http://localhost:7200/Example/ExampleService/"
binding="wsHttpBinding" bindingConfiguration="WSHttpBinding_IExampleService"
contract="ExampleServiceReference.IExampleService"
name="WSHttpBinding_IExampleService">
<identity>
<dns value="localhost" />
</identity>
</endpoint>
</client>
</system.serviceModel>
</configuration>
注意观察运行结果，异步调用服务时，回调函数都是运行于CLR线程池的I/O线程当中。
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