上一篇，我給大家介紹了“.NET1.0 IAsyncResult異步編程模型(APM)”，通過Begin*** 開啟操作並返回IAsyncResult對象，使用 End*** 方法來結束操作，通過回調方法來做異步操作后其它事項。然而最大的問題是沒有提供進度通知等功能及多線程間控件的訪問。為克服這個問題（並解決其他一些問題），.NET2.0 中引入了：基於事件的異步編程模式(EAP，Event-based Asynchronous Pattern)。通過事件、AsyncOperationManager類和AsyncOperation類兩個幫助器類實現如下功能：
1) 異步執行耗時的任務。
2) 獲得進度報告和增量結果。
3) 支持耗時任務的取消。
4) 獲得任務的結果值或異常信息。
5) 更復雜：支持同時執行多個異步操作、進度報告、增量結果、取消操作、返回結果值或異常信息。
對於相對簡單的多線程應用程序，BackgroundWorker組件提供了一個簡單的解決方案。對於更復雜的異步應用程序，可以考慮實現一個符合基於事件的異步模式的類。
EAP異步編程模型的優點
EAP是為Windows窗體開發人員創建的，其主要優點在於：
1. EAP與Microsoft Visual Studio UI設計器進行了很好的集成。也就是說，可將大多數實現了EAP的類拖放到一個Visual Studio設計器平面上，然后雙擊事件名，讓Visual Studio自動生成事件回調方法，並將方法同事件關聯起來。
2. EAP類在內部通過SynchronizationContext類，將應用程序模型映射到合適線程處理模型，以方便跨線程操作控件。
為了實現基於事件的異步模式，我們必須先理解兩個重要的幫助器類：
AsyncOperationManager和AsyncOperation
AsyncOperationManager類和AsyncOperation類是System.ComponentModel命名空間為我們提供了兩個重要幫助器類。在基於事件的異步模式封裝標准化的異步功能中，它確保你的異步操作支持在各種應用程序模型（包括 ASP.NET、控制台應用程序和 Windows 窗體應用程序）的適當“線程或上下文”調用客戶端事件處理程序。
AsyncOperationManager類和AsyncOperation類的API如下：
// 為支持異步方法調用的類提供並發管理。此類不能被繼承。
public static class AsyncOperationManager
{
// 獲取或設置用於異步操作的同步上下文。
public static SynchronizationContext SynchronizationContext { get; set; }
// 返回可用於對特定異步操作的持續時間進行跟蹤的AsyncOperation對象。
// 參數:userSuppliedState:
// 一個對象，用於使一個客戶端狀態（如任務 ID）與一個特定異步操作相關聯。
public static AsyncOperation CreateOperation(object userSuppliedState)
{
return AsyncOperation.CreateOperation(userSuppliedState,SynchronizationContext);
}
}
// 跟蹤異步操作的生存期。
public sealed class AsyncOperation
{
// 構造函數
private AsyncOperation(object userSuppliedState, SynchronizationContext syncContext);
internal static AsyncOperation CreateOperation(object userSuppliedState
, SynchronizationContext syncContext);
// 獲取傳遞給構造函數的SynchronizationContext對象。
public SynchronizationContext SynchronizationContext { get; }
// 獲取或設置用於唯一標識異步操作的對象。
public object UserSuppliedState { get; }
// 在各種應用程序模型適合的線程或上下文中調用委托。
public void Post(SendOrPostCallback d, object arg);
// 結束異步操作的生存期。
public void OperationCompleted();
// 效果同調用 Post() + OperationCompleted() 方法組合
public void PostOperationCompleted(SendOrPostCallback d, object arg);
}
先分析下這兩個幫助器類：
1. AsyncOperationManager是靜態類。靜態類是密封的，因此不可被繼承。倘若從靜態類繼承會報錯“靜態類必須從 Object 派生”。（小常識，以前以為密封類就是 sealed 關鍵字）
2. AsyncOperationManager為支持異步方法調用的類提供並發管理，該類可正常運行於 .NET Framework 支持的所有應用程序模式下。
3. AsyncOperation實例提供對特定異步任務的生存期進行跟蹤。可用來處理任務完成通知，還可用於在不終止異步操作的情況下發布進度報告和增量結果（這種不終止異步操作的處理是通過AsyncOperation的 Post() 方法實現）。
4. AsyncOperation類有一個私有的構造函數和一個內部CreateOperation() 靜態方法。由AsyncOperationManager類調用AsyncOperation.CreateOperation() 靜態方法來創建AsyncOperation實例。
5. AsyncOperation類是通過SynchronizationContext類來實現在各種應用程序的適當“線程或上下文”調用客戶端事件處理程序。
// 提供在各種同步模型中傳播同步上下文的基本功能。
public class SynchronizationContext
{
// 獲取當前線程的同步上下文。
public static SynchronizationContext Current { get; }
// 當在派生類中重寫時，響應操作已開始的通知。
public virtual void OperationStarted();
// 當在派生類中重寫時，將異步消息調度到一個同步上下文。
public virtual void Post(SendOrPostCallback d, object state);
// 當在派生類中重寫時，響應操作已完成的通知。
public virtual void OperationCompleted();
……
}
a) 在AsyncOperation構造函數中調用SynchronizationContext的OperationStarted() ；
b) 在AsyncOperation的 Post() 方法中調用SynchronizationContext的Post() ；
c) 在AsyncOperation的OperationCompleted()方法中調用SynchronizationContext的OperationCompleted()；
6. SendOrPostCallback委托簽名：
// 表示在消息即將被調度到同步上下文時要調用的方法。
public delegate void SendOrPostCallback(object state);
基於事件的異步模式的特征
1. 基於事件的異步模式可以采用多種形式，具體取決於某個特定類支持操作的復雜程度：
1) 最簡單的類可能只有一個 ***Async方法和一個對應的 ***Completed 事件，以及這些方法的同步版本。
2) 復雜的類可能有若干個 ***Async方法，每種方法都有一個對應的 ***Completed 事件，以及這些方法的同步版本。
3) 更復雜的類還可能為每個異步方法支持取消（CancelAsync()方法）、進度報告和增量結果（ReportProgress() 方法+ProgressChanged事件）。
4) 如果您的類支持多個異步方法，每個異步方法返回不同類型的數據，您應該：
a) 將您的增量結果報告與您的進度報告分開。
b) 使用適當的EventArgs為每個異步方法定義一個單獨的 ***ProgressChanged事件以處理該方法的增量結果數據。
5) 如果類不支持多個並發調用，請考慮公開IsBusy屬性。
6) 如要異步操作的同步版本中有 Out 和 Ref 參數，它們應做為對應 ***CompletedEventArgs的一部分，eg：
public int MethodName(string arg1, ref string arg2, out string arg3);
public void MethodNameAsync(string arg1, string arg2);
public class MethodNameCompletedEventArgs : AsyncCompletedEventArgs
{
public int Result { get; };
public string Arg2 { get; };
public string Arg3 { get; };
}
2. 如果你的組件要支持多個異步耗時的任務並行執行。那么：
1) 為***Async方法多添加一個userState對象參數（此參數應當始終是***Async方法簽名中的最后一個參數），用於跟蹤各個操作的生存期。
2) 注意要在你構建的異步類中維護一個userState對象的集合。使用 lock 區域保護此集合，因為各種調用都會在此集合中添加和移除userState對象。
3) 在***Async方法開始時調用AsyncOperationManager.CreateOperation並傳入userState對象，為每個異步任務創建AsyncOperation對象，userState存儲在AsyncOperation的UserSuppliedState屬性中。在構建的異步類中使用該屬性標識取消的操作，並傳遞給CompletedEventArgs和ProgressChangedEventArgs參數的UserState屬性來標識當前引發進度或完成事件的特定異步任務。
4) 當對應於此userState對象的任務引發完成事件時，你構建的異步類應將AsyncCompletedEventArgs.UserState對象從集合中刪除。
3. 異常處理
EAP的錯誤處理和系統的其余部分不一致。首先，異常不會拋出。在你的事件處理方法中，必須查詢AsyncCompletedEventArgs的Exception屬性，看它是不是null。如果不是null，就必須使用if語句判斷Exception派生對象的類型，而不是使用catch塊。
另外，如果你的代碼忽略錯誤，那么不會發生未處理的異常，錯誤會變得未被檢測到，應用程序將繼續運行，其結果不可預知。
4. 注意：
1) 確保 ***EventArgs類特定於***方法。即當使用 ***EventArgs類時，切勿要求開發人員強制轉換類型值。
2) 確保始終引發方法名稱Completed 事件。成功完成、異常或者取消時應引發此事件。任何情況下，應用程序都不應遇到這樣的情況：應用程序保持空閑狀態，而操作卻一直不能完成。
3) 確保可以捕獲異步操作中發生的任何異常並將捕獲的異常指派給 Error 屬性。
4) 確保 ***CompletedEventArgs 類將其成員公開為只讀屬性而不是字段，因為字段會阻止數據綁定。eg:public MyReturnType Result { get; }
5) 在構建 ***CompletedEventArgs 類屬性時，通過this.RaiseExceptionIfNecessary() 方法確保屬性值被正確使用。Eg：
private bool isPrimeValue;
public bool IsPrime
{
get
{
RaiseExceptionIfNecessary();
return isPrimeValue;
}
}
所以，在***Completed事件處理程序中，應當總是先檢查 ***CompletedEventArgs.Error 和 ***CompletedEventArgs.Cancelled 屬性，然后再訪問RunWorkerCompletedEventArgs.Result屬性。
BackgroundWorker組件
System.ComponentModel命名空間的BackgroundWorker組件為我們提供了一個簡單的多線程應用解決方案，它允許你在單獨的線程上運行耗時操作而不會導致用戶界面的阻塞。但是，要注意它同一時刻只能運行一個異步耗時操作（使用IsBusy屬性判定），並且不能跨AppDomain邊界進行封送處理（不能在多個AppDomain中執行多線程操作）。
1. BackgroundWorker組件
public class BackgroundWorker : Component
{
public BackgroundWorker();
// 獲取一個值，指示應用程序是否已請求取消后台操作。
public bool CancellationPending { get; }
// 獲取一個值，指示BackgroundWorker是否正在運行異步操作。
public bool IsBusy { get; }
// 獲取或設置一個值，該值指示BackgroundWorker能否報告進度更新。
public bool WorkerReportsProgress { get; set; }
// 獲取或設置一個值，該值指示BackgroundWorker是否支持異步取消。
public bool WorkerSupportsCancellation { get; set; }
// 調用RunWorkerAsync() 時發生。
public event DoWorkEventHandlerDoWork;
// 調用ReportProgress(System.Int32) 時發生。
public event ProgressChangedEventHandlerProgressChanged;
// 當后台操作已完成、被取消或引發異常時發生。
public event RunWorkerCompletedEventHandlerRunWorkerCompleted;
// 請求取消掛起的后台操作。
public void CancelAsync();
// 引發ProgressChanged事件。percentProgress:范圍從 0% 到 100%
public void ReportProgress(int percentProgress);
// userState:傳遞到RunWorkerAsync(System.Object) 的狀態對象。
public void ReportProgress(int percentProgress, object userState);
// 開始執行后台操作。
public void RunWorkerAsync();
// 開始執行后台操作。argument:傳遞給DoWork事件的DoWorkEventArgs參數。
public void RunWorkerAsync(object argument);
}
2. 相應的EventArgs類
///1) System.EventArgs基類
// System.EventArgs是包含事件數據的類的基類。
public class EventArgs
{
// 表示沒有事件數據的事件。
public static readonly EventArgs Empty;
public EventArgs();
}
///2) DoWorkEventArgs類
// 為可取消的事件提供數據。
public class CancelEventArgs : EventArgs
{
public CancelEventArgs();
public CancelEventArgs(bool cancel);
// 獲取或設置指示是否應取消事件的值。
public bool Cancel { get; set; }
}
// 為DoWork事件處理程序提供數據。
public class DoWorkEventArgs : CancelEventArgs
{
public DoWorkEventArgs(object argument);
// 獲取表示異步操作參數的值。
public object Argument { get; }
// 獲取或設置表示異步操作結果的值。
public object Result { get; set; }
}
///3) ProgressChangedEventArgs類
// 為ProgressChanged事件提供數據。
public class ProgressChangedEventArgs : EventArgs
{
public ProgressChangedEventArgs(int progressPercentage, object userState);
// 獲取異步任務的進度百分比。
public int ProgressPercentage { get; }
// 獲取唯一的用戶狀態。
public object UserState { get; }
}
///4) RunWorkerCompletedEventArgs類
// 為MethodNameCompleted事件提供數據。
public class AsyncCompletedEventArgs : EventArgs
{
public AsyncCompletedEventArgs();
public AsyncCompletedEventArgs(Exception error, bool cancelled, object userState);
// 獲取一個值，該值指示異步操作是否已被取消。
public bool Cancelled { get; }
// 獲取一個值，該值指示異步操作期間發生的錯誤。
public Exception Error { get; }
// 獲取異步任務的唯一標識符。
public object UserState { get; }
// 訪問 AsyncCompletedEventArgs 及其派生類的屬性前調用此方法
protected void RaiseExceptionIfNecessary()
{
if (this.Error != null)
{
throw new TargetInvocationException(……);
}
if (this.Cancelled)
{
throw new InvalidOperationException(……);
}
}
}
public class RunWorkerCompletedEventArgs : AsyncCompletedEventArgs
{
public RunWorkerCompletedEventArgs(object result, Exception error, bool cancelled);
// 獲取表示異步操作結果的值。
public object Result { get; }
// 獲取表示用戶狀態的值。
public object UserState { get; }
}
3. BackgroundWorker示例
示例代碼中包含了BackgroundWorker源代碼及對應的使用示例，這里不粘貼代碼了，會導致篇幅更大。來個示例截圖吧：
示例分析：
1) 首先我們為BackgroundWorker組件注冊DoWork(異步操作)、ProgressChanged(進度報告) 和RunWorkCompleted(完成通知)事件；
2) 設置WorkerSupportsCancellation和WorkerReportsProgress屬性為true，以聲明組件支持取消操作和進度報告；
3) 使用RunWorkerAsync() 開啟異步操作，通過IsBusy屬性判斷是否已經有異步任務在執行；
4) 使用CancelAsync() 方法取消異步操作，但要注意：
a) 它僅僅是將BackgroudWorker.CancellationPending屬性設置為true。需要在具體DoWork事件中不斷檢查BackgroudWorker.CancellationPending來設置DoWorkEventArgs的Cancel屬性。
b) DoWork事件處理程序中的代碼有可能在發出取消請求時完成其工作，輪詢循環可能會錯過設置為 true 的CancellationPending屬性。在這種情況下，即使發出了取消請求，RunWorkerCompleted事件處理程序中RunWorkerCompletedEventArgs的 Cancelled 標志也不會設置為 true。這種情況被稱作爭用狀態。（可以通過直接監控組件的CancellationPending屬性，來做判斷）
5) 確保在DoWork事件處理程序中不操作任何用戶界面對象。而應該通過ProgressChanged和RunWorkerCompleted事件與用戶界面進行通信。
因為RunWorkerAsync() 是通過委托的BeginInvoke() 引發的DoWork事件，即DoWork事件的執行線程已不是創建控件的線程（我在《異步編程：異步編程模型 (APM)》中介紹了幾種誇線程訪問控件的方式）。而ProgressChanged和RunWorkerCompleted事件是通過幫助器類AsyncOperation的 Post() 方法使其調用發生在合適的“線程或上下文”中。
自定義基於事件的異步組件
剛才我們介紹了BackgroundWorker組件，但是這個組件在一個時刻只能開啟一個異步操作，那如果我們要想同時支持多個異步操作、進度報告、增量結果、取消和返回結果值或異常信息該怎么辦呢？對的，我們可以為自己定義一個基於事件的異步組件。
我直接引用MSDN上的一則計算質數的異步組件示例，請從我提供的示例代碼中獲取。
質數算法：埃拉托色尼篩法
eg：判斷n是否為質數
1、1和0既非素數也非合數；
2、將2和3加入質數集合primes；從n=5開始，通過 n+=2 來跳過所有偶數；
3、循環集合primes中的質數並將其做為n的因子，能整除的為合數；
4、若不能整除，則繼續循步驟3直到“因子的平方>n”，即可判斷n為質數，並將其加入到集合primes。
來個示例截圖吧：
示例分析：（組件名：PrimeNumberCalculator）
1. 首先我們為PrimeNumberCalculator組件注冊ProgressChanged(進度報告) 和CalculatePrimeCompleted(完成通知)事件；
2. 使用CalculatePrimeAsync(intnumberToTest, object taskId)開啟異步任務，注意我們需要傳遞一個唯一標識Guid taskId = Guid.NewGuid();用於標識取消的操作，並傳遞給CompletedEventArgs和ProgressChangedEventArgs參數的UserState屬性來標識當前引發進度或完成事件的特定異步任務；
3. 取消操作CancelAsync(object taskId)，只是將taskId對應的AsyncOperation實例移除內部任務集合，耗時操作通過判斷taskId是否存在於集合來判斷其是否被取消；
此文到此結束，通過此博文我們認識到：
1) 基於事件的異步編程是通過AsyncOperationManager類和AsyncOperation類兩個幫助器類確保你的異步操作支持在各種應用程序模型（包括 ASP.NET、控制台應用程序和 Windows 窗體應用程序）的適當“線程或上下文”調用訪問控件；
2) BackgroundWorker組件構建、使用和缺點。
3) 展現如何構建一個基於事件的異步組件，並且支持多個異步操作的並行運行
感謝大家的觀賞，如本文對你有幫助還請多幫推薦支持下……
參考：MSDN
書籍：《CLR via C#(第三版)》