在MVVM中的多线程问题

最近在用MVVM模式写应用的时候和线程打交道很多,也遇到一些问题,引起一些思考,这里和大家分享一下。

MVVM设计模式

**Model-View-ViewModel (MVVM) **在Windows平台开发可以使用MVVM Light Toolkit进行,简化开发过程,构建松耦合的应用程序。
MVVM Light通过:

  • 依赖注入(DI)/控制反转(IOC)的方式创建ViewModel
  • 使用Messenger实现消息通知
  • 使用RelayCommand替代事件处理程序
    实现了View和ViewModel的分离关系。

客户端上的多线程和调度

如今在移动客户端上处理多线程以及线程间的通信显得非常重要。在.Net平台上构建应用程序和框架,多线程也是长谈的话题,每个完整的应用都要启动多个后台线程并对他们进行管理,对于计算能力较低,资源受限的平台,例如移动端设备和嵌入式设备,在这些平台上处理好线程对UX的流畅显得尤为重要。

Windows 10 Mobile平台最早的版本Windows Phone7上,对于长列表的滚动流畅非常困难,但在其后的版本中,专门使用后台线程处理,不在影响主线程,实现了滚动的流畅。本文中,我会回顾基于XAML编写界面的程序中处理线程的一般方式。

线程

线程(Thread),在操作系统中被视为最小的执行单位。每个程序至少都有一个主线程,新的线程可以在代码中显式启动,多数情况下,新线程的启动主要是为了执行或者等待某个操作,也不会导致程序的其他部分被阻塞。耗时操作主要是计算密集型操作、磁盘I/O和网络传输。由于这些操作在现代应用程序中非常常见,应用也日益多线程化。

同步和异步

在为Windows 10 UWP编写的应用中,异步操作已经是家常便饭了。例如,UWP中对文件的操作都是以异步的方式进行的。
下面是在WPF中同步读取文件方式:

public string ReadFile(FileInfo file)
{
  using (var reader = new StreamReader(file.FullName))
  {
    return reader.ReadToEnd();
  }
}

而在UWP中,和上面效果等同的异步操作:

public async Task<string> ReadFile(IStorageFile file)
{
  var content = await FileIO.ReadTextAsync(file);
  return content;
}

我们注意到,这里多了两个关键字awaitasync ,这里要感谢微软爸爸对C#的不断完善,这两个关键字使新的程序代码的可读性提高,方便了程序员编写异步方法。
同步方式和异步方式的主要区别在于,同步方法如果正在读取的文件较大,可能会阻塞主线程,导致UX变得糟糕。而异步的方法将在后台线程处理。

线程间通信

当一个线程要和另一个线程通行时,例如访问另一个线程的对象,我们需要采取一些防范措施。看下面的代码:

        private async void Button_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            await Change();
        }
        private async Task Change()
        {
            await Task.Run(() =>
            {
                this.Count.Text=DateTime.Now.ToLocalTime().ToString();
            });
        }

使用Task.Run()方法新开一个线程,访问一个XAML中的文本框控件的Text属性。
如果真的用这段代码运行程序,点击按钮时,应用程序会崩溃退出。
我们来分析一下。在创建对象时,这个操作发生在调用构造函数的线程上。对于UI控件,创建控件对象的操作发生在主线程上,也可以说是UI线程。因此,所有UI控件都是属于主线程的,当我们新开一个线程去访问UI线程拥有的对象时就会发生跨线程访问问题。这个操作会引发一个异常:

跨线程访问异常

注意到,异常信息提示“应用程序调用一个已为另一线程整理的接口”。

那么问题来了,难道我们真的不能在非UI线程去更新UI控件么?

线程调度

要使代码按照我们设想的运行,我们需要让新线程通过联系主线程,通过主线程的调度程序更新UI控件。将上面的代码修改为:

            await Task.Run(async () =>
            {
                await this.Dispatcher.RunAsync(Windows.UI.Core.CoreDispatcherPriority.Normal, () =>
                 {
                     this.Count.Text = DateTime.Now.ToLocalTime().ToString();
                 });
            });

注意到这里用到了Dispatcher属性

Dispatcher属性摘要
获取此对象所关联的 CoreDispatcher。 CoreDispatcher 表示即便代码由非 UI 线程发起也可访问 UI 线程上的 DependencyObject 的设备。

这个属性提供对其所有者调度程序的访问。所以所有拥有这个属性的对象,理论上都能提供跨线程访问的服务。
这个属性源自Windows.UI.Xaml.DependencyObject对象,也就是说,所有有依赖属性都继承自这个对象,那么所有的UI控件都是可以通过Dispatcher实现跨线程访问的。

继承关系

MVVM中的跨线程调度

当我们在ViewModel中执行后台线程操作时,情况有所不同。通常,VM不会去继承前面提到的DependencyObject,也就没有Dispatcher属性。
当我们把一个UI控件的属性绑定到VM中的一个属性,我们的程序通过更改VM的属性来改变UI控件属性。注意到,我们在使用MVVM Light的时候,每个VM都要继承一个叫做ViewModelBase的对象,这个对象实现了INotifyPropertyChanged接口,这个接口的方法引发PropertyChanged事件,在这里实现通知UI属性改变的效果。
当我们按先前的方法,新开一个线程,用这个线程去更改VM中绑定到UI控件属性的属性时,你会发现也引发了跨线程访问异常,程序异常退出。
我们可以知道,即使我们通过数据绑定来实现这样的目的也是不能实现的。
因此,我们需要一种方式来访问主线程。在MVVM Light中,为我们实现了一种方式。当你的项目使用了MVVM Light之后,你尝试在VM的类中输入DispatcherHelper,再用一下智能感知,你会发现在MVVM Light中存在这个对象。这个类所做的就是将主线程的调度程序保存在静态属性中,公开了让我们跨线程访问等一些实用方法。为了正常使用这些功能,我们需要在主线程初始化这个类,最好是在应用程序初始化时进行。
我们能够想到,App.xaml.cs这个文件的OnLaunched方法是在程序开始运行是执行的,我们要把DispatcherHelper.Initialize();放在这个方法的最后以实现初始化,之后就能在VM中使用了。

            DispatcherHelper.CheckBeginInvokeOnUI(() =>
            {
                //访问VM的属性
            });

这里推荐使用他的CheckBeginInvokeOnUI方法去执行而不是他的UIDispatcher属性。这个方法首先执行检查,检查调用方是否已经在主线程上,如果在就直接执行后面的委托,如果不是就去执行调度。

那这篇文章就到这里啦,希望大家在MVVM的使用中一切顺利~

本文参考MVVM : Multithreading and Dispatching in MVVM Applications

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