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C# 深入理解事件（event）机制_c# event

作者：盐析白兔 | 2024-08-15 15:50:49

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c# event

目录

一，引言

二，事件的定义和用法

2.1 同步事件执行 

2.2 异步事件执行

2.3 等待异步事件完成

2.4 捕获异常处理中的异常

三，事件的综合案例

3.1 需求：汽车出停车场时收费，开闸放行

一，引言

都知道事件的本质是一个多播委托（MulticastDelegate)，但对于事件的机制和用法一直懵懵懂懂，本篇主要对此进行深入分析，首先要明确关于事件的疑惑：

  • Event 是同步还是异步执行的？（答：同步执行）

  • 如果是多个订阅，事件执行的顺序是什么？（答:串行执行）

  • 如果事件执行中发生异常，会发生什么事情？（答：如果一个订阅者（事件）发生异常。未执行的事件不会继续执行）

  • 事件支持异步执行吗？（答：支持）

  • 事件触发后，跨进程可以触发到吗？（答：可以）

二，事件的定义和用法

事件作为类的成员，一般是通过事件向其他类或对象通知发生的相关事情。 发送事件的类称为发布者，接收事件的类称为订阅者。

  • 发布者确定何时引发事件；订阅者确定对事件作出何种响应

  • 一个事件可以有多个订阅者。 订阅者可以处理来自多个发行者的多个事件。

  • 没有订阅者的事件永远也不会引发。

  • 事件通常用于表示用户操作，例如单击按钮或图形用户界面中的菜单选项。

  • 当事件具有多个订阅者时，引发该事件时会同步调用事件处理程序。 也可通过async/await达到异步调用事件的作用。

  • 在 .NET 类库中，事件基于 EventHandler 委托和 EventArgs 基类。

2.1 同步事件执行 

定义一个Demo类，其内部有个事件是 DemoEvent，我们给他开放了一个接口Raise，如果谁敢调用它，那么，它就触发报警事件DemoEvent。

  1.         public class Demo
  2.         {
  3.             public event EventHandler DemoEvent;
  4.             public void Raise()
  5.             {
  6.                 try
  7.                 {
  8.                     this.DemoEvent?.Invoke(this, EventArgs.Empty);
  9.                     Console.WriteLine("所有的事件处理已经被执行！");
  10.                 }
  11.                 catch (Exception ex)
  12.                 {
  13.  
  14.                 }
  15.             }
  16.         }

随后在主程序中对事件进行订阅（这里采用了匿名方法进行订阅）：

  1.  static void Main(string[] args)
  2.         {
  3.             var instance = new Demo();
  4.             instance.DemoEvent += (sender, args) =>
  5.             {
  6.                 Console.WriteLine("执行事件1!");
  7.             };
  8.             instance.DemoEvent += (sender, args) =>
  9.             {
  10.                 Console.WriteLine("执行事件2!");
  11.             };
  12.             Console.WriteLine("*开始发起事件!");
  13.             instance.Raise();
  14.             Console.WriteLine("*事件执行完毕，继续下一项工作!");
  15.             Console.ReadLine();
  16.         }

输出结果：

可以看到，事件是一次同步执行的（执行过程也会阻塞主线程）。

2.2 异步事件执行

在上面代码基础上，增加异步方法然后订阅：

 结果输出：

可以看的，新增加的异步事件处理，的确是第一个被触发的，只不过它没有阻塞主线程处理。

小知识点：

  • 在异步编程中虽然不推崇定义一个类似的async void xxxx(){}函数，因为这样的函数无法被主程序捕获结果或异常。 但凡是总有例外，而这个异步事件处理恰恰就是这个函数的最佳使用场景。
  • 上述代码是非UI编程，有关UI处理（按钮点击事件等），机制并不一样，UI为它的异步事件提供了一个SynchronizationContext，使它们能够在UI线程上恢复。它从不“等待”事件。

2.3 等待异步事件完成

虽然2.2完成了异步事件的执行，但是在上面的输出结果中，存在一个问题：

  1. *开始发起事件!
  2. 异步事件1执行开始
  3. 执行事件1!
  4. 执行事件2!
  5. 所有的事件处理已经被执行！
  6. *事件执行完毕，继续下一项工作!
  7. 异步事件1执行完毕

[异步事件1执行完毕]应该在[*事件执行完毕，继续下一项工作!]前面输出才符合逻辑。但是异步执行的事件是不阻塞主线程的，那么如何让主线程等待异步事件的完成呢？

这就涉及到异步编程async/await内部机制的问题了，因此我们需要引入SynchronizationContext的内容，自定义一个继承类，来实现相关的操作：

  1.         public class Demo
  2.         {
  3.             public event EventHandler DemoEvent;
  4.             public void Raise()
  5.             {
  6.                 try
  7.                 {
  8.                     //3修改Raise函数，让事件的触发处在我们自定义的同步上下文内。
  9.                     this.DemoEvent?.NaiveRaiseAsync(this, EventArgs.Empty).GetAwaiter().GetResult();
  10.                     Console.WriteLine("所有的事件处理已经被执行！");
  11.                 }
  12.                 catch (Exception ex)
  13.                 {
  14.                     Console.WriteLine("事件处理中发生异常！", ex.Message);
  15.                 }
  16.             }
  17.         }
  18.         //主程序调用
  19.         static void Main(string[] args)
  20.         {
  21.             var instance = new Demo();
  22.             //采用匿名订阅异步事件
  23.             instance.DemoEvent += async (sendr, args) =>
  24.             {
  25.                 Console.WriteLine("异步事件1执行开始");
  26.                 await Task.Delay(10);
  27.                 Console.WriteLine("异步事件1执行结果");
  28.  
  29.             };
  30.             //传统的订阅异步事件
  31.             instance.DemoEvent += method2;
  32.             instance.DemoEvent += (sender, args) =>
  33.             {
  34.                 Console.WriteLine("执行事件1!");
  35.             };
  36.             instance.DemoEvent += (sender, args) =>
  37.             {
  38.                 Console.WriteLine("执行事件2!");
  39.             };
  40.             Console.WriteLine("*开始发起事件!");
  41.             instance.Raise();
  42.             Console.WriteLine("*事件执行完毕，继续下一项工作!");
  43.             Console.ReadLine();
  44.         }
  45.         
  46.         //异步方法
  47.         static async void method2(object sender, EventArgs e)
  48.         {
  49.             Console.WriteLine("异步事件2执行开始");
  50.             await Task.Delay(100);
  51.             Console.WriteLine("异步事件2执行完毕");
  52.         }
  53.  
  54.         //1实现同步上下文（对异步的分裂点进行标记）
  55.         public class NaiveSynchronizationContext:SynchronizationContext
  56.         {
  57.             private readonly Action completed;
  58.             public NaiveSynchronizationContext(Action completed)
  59.             {
  60.                 this.completed = completed;
  61.             }
  62.             public override SynchronizationContext CreateCopy()
  63.             {
  64.                 return new NaiveSynchronizationContext(this.completed);
  65.             }
  66.             public override void OperationStarted()
  67.             {
  68.                 Console.WriteLine("同步上下文: 开始");
  69.             }
  70.             public override void OperationCompleted()
  71.             {
  72.                 Console.WriteLine("同步上下文: 完成");
  73.                 this.completed();
  74.             }
  75.         }
  76.     }
  77.     //2对NaiveExtension函数进行扩展
  78.     public static class NaiveExtension
  79.     {
  80.         public static Task NaiveRaiseAsync(this EventHandler @this, object sender, EventArgs eventArgs)
  81.         {
  82.             // 如果没有事件处理，那么立即结束
  83.             if (@this == null)
  84.             {
  85.                 return Task.CompletedTask;
  86.             }
  87.             var delegates = @this.GetInvocationList();
  88.             var count = delegates.Length;
  89.  
  90.             var tcs = new TaskCompletionSource<bool>();
  91.             foreach (var @delegate in @this.GetInvocationList())
  92.             {
  93.                 // 检查AsyncStateMachineAttribute属性，判断是否异步处理函数
  94.                 var async = @delegate.Method.GetCustomAttributes(typeof(AsyncStateMachineAttribute), false).Any();
  95.  
  96.                 // 定义 'completed' action
  97.                 var completed = new Action(() =>
  98.                 {
  99.                     if (Interlocked.Decrement(ref count) == 0)
  100.                     {
  101.                         tcs.SetResult(true);
  102.                     }
  103.                 });
  104.  
  105.                 if (async)
  106.                 {
  107.                     SynchronizationContext.SetSynchronizationContext(new NaiveSynchronizationContext(completed));
  108.                 }
  109.  
  110.                 @delegate.DynamicInvoke(sender, eventArgs);
  111.  
  112.                 if (!async)
  113.                 {
  114.                     // 如果不是异步，手工调用完成
  115.                     completed();
  116.                 }
  117.             }
  118.             return tcs.Task;
  119.         }
  120.     }

订阅了两个异步事件，两个同步事件，结果如下:

2.4 捕获异常处理中的异常

我们知道，在事件执行过程中，如果某个事件发生异常，就会终止未执行的事件：

 这里的原因是：

在基本synchronnizationcontext类中，Send和Post方法是使用应用程序ThreadPool实现的。因此，在事件处理程序中抛出的异常,实际上在打印上述消息的ThreadPool线程中抛出。

那么我们可以尝试重载 Post和Send看看。

  1.     //1实现同步上下文（对异步的分裂点进行标记）
  2.     public class NaiveSynchronizationContext : SynchronizationContext
  3.     {
  4.         private readonly Action completed;
  5.         private readonly Action<Exception> failed;
  6.         public NaiveSynchronizationContext(Action completed, Action<Exception> failed)
  7.         {
  8.             this.completed = completed;
  9.             this.failed = failed;
  10.         }
  11.         public override void Post(SendOrPostCallback d, object state)
  12.         {
  13.             if (state is ExceptionDispatchInfo edi)
  14.             {
  15.                 Console.WriteLine("正捕获异常");
  16.                 this.failed(edi.SourceException);
  17.             }
  18.             else
  19.             {
  20.                 Console.WriteLine("Posting");
  21.                 base.Post(d, state);
  22.             }
  23.         }
  24.         public override void Send(SendOrPostCallback d, object state)
  25.         {
  26.             if (state is ExceptionDispatchInfo edi)
  27.             {
  28.                 Console.WriteLine("正捕获异常");
  29.                 this.failed(edi.SourceException);
  30.             }
  31.             else
  32.             {
  33.                 Console.WriteLine("Sending");
  34.                 base.Send(d, state);
  35.             }
  36.         }
  37.         public override SynchronizationContext CreateCopy()
  38.         {
  39.             return new NaiveSynchronizationContext(this.completed, this.failed);
  40.         }
  41.         public override void OperationStarted()
  42.         {
  43.             Console.WriteLine("同步上下文: 开始");
  44.         }
  45.         public override void OperationCompleted()
  46.         {
  47.             Console.WriteLine("同步上下文: 完成");
  48.             this.completed();
  49.         }
  50.     }
  51.  
  52.     //2对NaiveExtension函数进行扩展
  53.     public static class NaiveExtension
  54.     {
  55.         public static Task NaiveRaiseAsync(this EventHandler @this, object sender, EventArgs eventArgs)
  56.         {
  57.             // 如果没有事件处理，那么立即结束
  58.             if (@this == null)
  59.             {
  60.                 return Task.CompletedTask;
  61.             }
  62.             var delegates = @this.GetInvocationList();
  63.             var count = delegates.Length;
  64.  
  65.             var tcs = new TaskCompletionSource<bool>();
  66.             var exception = (Exception)null;
  67.             foreach (var @delegate in @this.GetInvocationList())
  68.             {
  69.                 // 检查AsyncStateMachineAttribute属性，判断是否异步处理函数
  70.                 var async = @delegate.Method.GetCustomAttributes(typeof(AsyncStateMachineAttribute), false).Any();
  71.  
  72.                 // 定义 'completed' action
  73.                 var completed = new Action(() =>
  74.                 {
  75.                     if (Interlocked.Decrement(ref count) == 0)
  76.                     {
  77.                         if (exception is null)
  78.                         {
  79.                             tcs.SetResult(true);
  80.                         }
  81.                         else
  82.                         {
  83.                             tcs.SetException(exception);
  84.                         }
  85.                     }
  86.                 });
  87.                 var failed = new Action<Exception>(e =>
  88.                 {
  89.                     Interlocked.CompareExchange(ref exception, e, null);
  90.                 });
  91.                 if (async)
  92.                 {
  93.                     SynchronizationContext.SetSynchronizationContext(new NaiveSynchronizationContext(completed, failed));
  94.                 }
  95.  
  96.                 try
  97.                 {
  98.                     @delegate.DynamicInvoke(sender, eventArgs);
  99.                 }
  100.                 catch (TargetInvocationException e)
  101.                 when (e.InnerException != null)
  102.                 {
  103.                     failed(e.InnerException);
  104.                 }
  105.                 catch (Exception e)
  106.                 {
  107.                     failed(e);
  108.                 }
  109.  
  110.                 if (!async)
  111.                 {
  112.                     // 如果不是异步，手工调用完成
  113.                     completed();
  114.                 }
  115.             }
  116.             return tcs.Task;
  117.         }
  118.     }

最终输出结果：

可以看到的，这里的实现剔除了短路行为，即使你的某个处理函数有异常，它依然可以向下分发事件。 

三，事件的综合案例

3.1 需求：汽车出停车场时收费，开闸放行

通过分析需求，可以明确通过线程模拟相机实时抓拍车牌（发布者），当抓拍到车牌说明来车了，即触发一下事件：收费员收费，闸门放行（订阅者），具体代码如下：

  1.   public class CarInfo : EventArgs
  2.     {
  3.        //停车的开始时间
  4.        public DateTime StartTime { get; set; }
  5.         //停车的结束时间
  6.         public DateTime EndTime { get; set; }
  7.         //车牌
  8.         public string LicensePlate { get; set; }
  9.     }
  10.     public class SnapInfo
  11.     {
  12.         //车牌标志，拍到车牌说明有车；反之无车
  13.         public string LicensePlate { get; set; }
  14.     }
  15.     /// <summary>
  16.     /// 发布者
  17.     /// </summary>
  18.     public class Camera
  19.     {
  20.         public event EventHandler<CarInfo> OnSnapLicenseEvent;
  21.         //模拟摄像机循环在抓拍车牌
  22.         public void SnapPhoto()
  23.         {
  24.             Task.Run(() =>
  25.             {
  26.                 List<string> license = new List<string>()
  27.                 { "","","","沪A11111", "沪B22222","沪C33333","","" };
  28.                 Random random = new Random();
  29.                 while(true)
  30.                 {
  31.                     Thread.Sleep(1000);
  32.                     int index = random.Next(1, license.Count + 1);
  33.                     SnapInfo snapInfo = new SnapInfo() { LicensePlate = license[index - 1] };
  34.                     //当车牌不为空的时候表示车来了
  35.                     if (!string.IsNullOrEmpty(snapInfo.LicensePlate))
  36.                     {
  37.                         Console.WriteLine($"抓拍到车牌{snapInfo.LicensePlate}！");
  38.                         OnSnapLicense(GetCarInfoBySnapInfo(snapInfo));
  39.  
  40.                     }
  41.                     else
  42.                     {
  43.                         Console.WriteLine("当前没有抓拍到车牌！");
  44.                         Console.WriteLine("--------------------------------------");
  45.                     }
  46.                 }
  47.             });
  48.         }
  49.         public CarInfo GetCarInfoBySnapInfo(SnapInfo snapInfo)
  50.         {
  51.             //抓拍到车牌后，这里直接赋值，相当于模拟通过接口车牌查询了该车的进场数据
  52.             CarInfo carInfo = new CarInfo()
  53.             {
  54.                 StartTime = DateTime.Parse("2023-08-03 12:00:00"),
  55.                 EndTime = DateTime.Now,
  56.                 LicensePlate = snapInfo.LicensePlate,
  57.             };
  58.             return carInfo;
  59.         }
  60.         public void OnSnapLicense(CarInfo carInfo)
  61.         {
  62.             OnSnapLicenseEvent?.Invoke(this, carInfo);
  63.         }
  64.     }
  65. /// <summary>
  66. /// 订阅者
  67. /// </summary>
  68.     //收费员（负责收费）
  69.     public class Charger
  70.     {
  71.         //收费
  72.         public void Charge(object sender,CarInfo carInfo)
  73.         {
  74.             Console.WriteLine($"收费员：对{carInfo.LicensePlate}完成了收费");
  75.         }
  76.     }
  77.     //闸机（负责开关）
  78.     public class Gate
  79.     {
  80.         public void OpenGate(object sender,CarInfo carInfo)
  81.         {
  82.             Console.WriteLine($"闸机对：{carInfo.LicensePlate}车辆放行");
  83.         }
  84.     }
  85.  
  86.     class Program
  87.     {
  88.         static void Main(string[] args)
  89.         {
  90.             //先分析需求：车到车库门口，摄像机要拍照到车牌后,收费员收费,闸机抬杆
  91.             Camera camera = new Camera();
  92.             Charger charger = new Charger();
  93.             Gate gate = new Gate();
  94.             camera.OnSnapLicenseEvent += charger.Charge;
  95.             camera.OnSnapLicenseEvent += gate.OpenGate;
  96.             camera.SnapPhoto();
  97.             Console.ReadLine();
  98.         }
  99.  
  100.     }

结果输出：

 

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