WPF下多线程的使用方法

一、WPF的线程

对于初学wpf的人来说，一般会把所有的程序都在一个线程中运行，当数据量较大，需要频繁刷新界面时，界面会出现卡顿的情况。

1、当我们打开一个WPF应用程序即开启了一个进程，该进程中都会加载两个重要的线程：一个用于呈现用户界面，另一个用于管理用户界面。呈现线程是一个在后台运行的隐藏线程，因此您通常面对的唯一线程就是 UI线程。WPF 要求将其大多数对象与 UI 线程进行关联,这称之为线程关联，意味着要使用一个 WPF 对象，只能在创建它的线程上使用,在其他线程上使用它会导致引发运行时异常。

一个线程用于处理呈现：隐藏在后台运行
一个线程用于管理用户界面：接收输入、处理事件、绘制屏幕以及运行应用程序代码,即UI线程。
不管是WinForm应用程序还是WPF应用程序，实际上都是一个进程，一个进程可以包含多个线程，其中有一个是主线程，其余的是子线程。

2、在 WPF 中绝大部分控件都继承自 DispatcherObject，甚至包括 Application。这些继承自 DispatcherObject 的对象具有线程关联特征，也就意味着只有创建这些对象实例，且包含了 Dispatcher 的线程(通常指默认 UI 线程)才能直接对其进行更新操作。

在 WPF 中，DispatcherObject 只能通过与它关联的 Dispatcher 进行访问。例如，后台线程不能更新由 UI 线程创建的 Label的内容。

二、 Dispatcher类

1、在UI线程中有一个Dispatcher对象，管理每一个需要执行的工作项。Dispatcher会根据每个工作项的优先级排队。向Dispatcher列队中添加工作项时可指定10个不同的级别。那么问题来了，如果遇到耗时操作的时候，该操作如果依旧发生在UI线程中，Dispatcher 列队中其他的需要执行的工作项都要等待，从而造成界面假死的现象。为了加快响应速度，提高用户体验，我们应该尽量保证Dispatcher 列队中工作项要小。所以，对于耗时操作，我们应该开辟一个新的子线程去处理，在操作完成后，通过向UI线程的Dispatcher列队注册工作项，来通知UI线程更新结果。

Dispatcher类详细介绍

2、Dispatcher提供两个注册工作项的方法：Invoke 和 BeginInvoke。

这两个方法均调度一个委托来执行。Invoke 是同步调用，也就是说，直到 UI 线程实际执行完该委托它才返回。BeginInvoke是异步的，将立即返回。

Dispatcher实际上并不是多线程
子线程不能直接修改UI线程，必须通过向UI线程中的Dispatcher注册工作项来完成
Dispatcher 是单例模式，暴露了一个静态的CurrentDispatcher方法用于获得当前线程的Dispatcher
每一个UI线程都至少有一个Dispatcher，一个Dispatcher只能在一个线程中执行工作。

3、UI线程中创建的对象，如何在非UI线程中更新

参考：https://www.cnblogs.com/chillsrc/p/4482691.html

（1）前台，创建对象

<Window x:Class="WpfApp1.WindowThd"

        xmlns="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation"

        xmlns:x="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml"

        Title="WindowThd" Height="300" Width="400">

    <Grid>

        <StackPanel>

            <Label x:Name="lblHello">欢迎你光临WPF的世界!</Label>

            <Button Name="btnThd" Click="btnThd_Click" >多线程同步调用</Button>

            <Button Name="btnAppBeginInvoke" Click="btnAppBeginInvoke_Click" >BeginInvoke 异步调用</Button>

        </StackPanel>

    </Grid>
 
</Window>

（2）后台创建非UI线程，若直接更新UI线程的对象就会报错


namespace WpfApp1

{

    /// <summary>

    /// WindowThd.xaml 的交互逻辑

    /// </summary>

    public partial class WindowThd : Window

    {

        public WindowThd()

        {

            InitializeComponent();     

    }

    //更新UI线程创建的对象
    private void ModifyUI()

    {

        // 模拟一些工作正在进行

        Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));

        lblHello.Content = "欢迎你光临WPF的世界,Dispatcher";

    }

  //开启非UI线程
    private void btnThd_Click(object sender, RoutedEventArgs e)

    {

        Thread thread = new Thread(ModifyUI);

        thread.Start();

    }

    }

}

程序报错：

正确方法：

修改上面的ModifyUI()函数

方法一：使用Invoke

private void ModifyUI()

    {

        // 模拟一些工作正在进行

        Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));

        //lblHello.Content = "欢迎你光临WPF的世界,Dispatcher";

        this.Dispatcher.Invoke(DispatcherPriority.Normal, (ThreadStart)delegate()

        {

            lblHello.Content = "欢迎你光临WPF的世界,Dispatche  同步方法 ！！";

        });

}

方法二：使用 BeginInvoke

private void btnAppBeginInvoke_Click(object sender, RoutedEventArgs e)

    {

               new Thread(() =>

        {

            Application.Current.Dispatcher.BeginInvoke(DispatcherPriority.Normal,

                new Action(() =>

                {

                    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));

                    this.lblHello.Content = "欢迎你光临WPF的世界,Dispatche 异步方法！！"+ DateTime.Now.ToString();

                }));

        }).Start();

    }

三、实验测试

1、简单测试

做了一个上位机，接收光谱仪的数据，并将线阵CMOS的数据绘制成图，一直存在界面卡顿的问题。

ShowCCD()函数用来将串口接收的数据绘制成图。在串口接收处理事件中，接收完一帧数据后再调用ShowCCD()函数绘图。

方式一：

直接调用：

   ShowCCD();

测试效果：

整个界面非常卡顿，CPU占到了61%。

方法二：使用Dispatcher.Invoke

  this.Dispatcher.Invoke(ShowCCD);

测试效果：

页面相对较为卡顿，CPU占用42%.

方法三：

使用Dispatcher.BeginInvoke

this.Dispatcher.BeginInvoke((Action)delegate(){ShowCCD();});

出现报错。

降低发送的帧数后，可以显示。

通过以上分析程序卡顿的原因的我在UI线程上接收数据，并使用Dispatcher类显示数据，实际上还是运行在UI线程上，造成卡顿。

四、优化方案

1、原来的主窗口还是用来进行数据的接收及数据的运算处理，即数据处理过程还是运行在UI线程。

2、新建一个wpf窗口，这个窗口使用zedgraph控件出图，开启一个Timer定时器线程定时刷新界面，定时20ms，即刷新频率为50HZ,若刷新的速率和接收数据的速率设置为一样快，我认为也没有必要，太快的刷新速率人眼也分辨不出来。

WPF下使用ZedGraph控件

 private void Window_Loaded(object sender, RoutedEventArgs e)
        {           
          // savepicture_th = new Thread(new ThreadStart(savepicture));
          // savepicture_th.Start();         //启动线程
          //  savepicture();
            //这种定时器不是工作在UI线程
            System.Timers.Timer timer = new System.Timers.Timer(20);//实例化Timer类，设置间隔时间为20毫秒；  
            timer.Elapsed += new System.Timers.ElapsedEventHandler(theout); //注册中断事件
            timer.Start();//启动定时器

        }


        //时间中断事件  以50Hz的频率刷新界面
        public void theout(object source, System.Timers.ElapsedEventArgs e)
        {
            showChart1(MainWindow.aveccdData0);
        }

        PointPairList list2 = new PointPairList();
        private void showChart1(double[] value)
        {
            list2.Clear();//清空数组
            zedGraphControl.GraphPane.Title.Text = "";
            zedGraphControl.GraphPane.XAxis.Title.Text = "";
            zedGraphControl.GraphPane.YAxis.Title.Text = "";
            zedGraphControl.GraphPane.XAxis.Scale.Min = 0;        //X轴最小值0
            //zedGraphControl1.GraphPane.XAxis.Scale.MaxAuto = true;    //X轴最大30
            zedGraphControl.GraphPane.XAxis.Scale.Max = 520;
            zedGraphControl.GraphPane.XAxis.Scale.MinorStep = 10;
            zedGraphControl.GraphPane.XAxis.Scale.MajorStep = 100;
            zedGraphControl.GraphPane.YAxis.Scale.Min = 0;
            zedGraphControl.GraphPane.YAxis.Scale.Max = 2000;
            zedGraphControl.GraphPane.YAxis.Scale.MinorStep = 20;
            zedGraphControl.GraphPane.YAxis.Scale.MajorStep = 500;
            zedGraphControl.AxisChange();

            for (int j = 0; j < value.Length; j++)
                list2.Add(j, value[j]);

           this.Dispatcher.Invoke(RefreshInterface);//切换到UI线程更新界面
           
        }

        //刷新界面
        private void RefreshInterface()
        {
          
            zedGraphControl.GraphPane.CurveList.Clear();
            zedGraphControl.GraphPane.AddCurve("", list2, System.Drawing.Color.Red, SymbolType.None);//绘制图表
           // zedGraphControl.AxisChange();//刷新界面
            zedGraphControl.Refresh();
        }

Timer定时器线程里刷新界面时，必须使用Dispatcher类，若在Timer定时器线程里直接刷新界面就会报错，这违反了WPF下用其他线程刷新界面的规则。

如果使用定时器DispatcherTimer则不需要使用Dispatcher类，因为DispatcherTimer就是在UI线程中，仅是猜测未经实验。

测试效果：界面完全不卡顿，CPU占用率10%。

WPF下多线程的使用方法

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