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詳談WPF開發(fā)中的數(shù)據(jù)虛擬化

原創(chuàng)|其它|編輯：郝浩|2009-04-27 09:32:31.000|閱讀 751 次

概述：詳談WPF開發(fā)中的數(shù)據(jù)虛擬化

UI虛擬化

當一個WPF的ItemControl被綁定到一個大型集合的數(shù)據(jù)源時，如果可以UI虛擬化，該控件將只為那些在可以看到的項創(chuàng)見可視化的容器（加上面和下面的少許）。這是一個完整集合中有代表性的一小部分。用戶移動滾動條時，將為那些滾動到可視區(qū)域的項創(chuàng)建新的可視化容器，那些不再可見的項的容器將被銷毀。當容器設置為循環(huán)使用時，它將再使用可視化容器代替不斷的創(chuàng)建和銷毀可視化容器，避免對象的實例化和垃圾回收器的過度工作。

數(shù)據(jù)虛擬化

數(shù)據(jù)虛擬化是指綁定到ItemControl的真實的數(shù)據(jù)對象的歸檔虛擬化的時間段。數(shù)據(jù)虛擬化不是由WPF提供的。作為對比，基本數(shù)據(jù)對象的小集合對內存的消耗不是很多；但是，大集合的內存消耗是非常嚴重的。另外，真實的檢索數(shù)據(jù)（例如，從數(shù)據(jù)庫）和實例化數(shù)據(jù)對象是很耗時的，尤其當是網(wǎng)絡數(shù)據(jù)調用時。因此，我們希望使用數(shù)據(jù)虛擬化機制來限制檢索的數(shù)據(jù)的數(shù)量和在內存中生成數(shù)據(jù)對象的數(shù)量。

解決方案

總覽

這個解決方案是只在ItemControl綁定到IList接口的實現(xiàn)時起作用，而不是IEumerable的實現(xiàn)，它并不枚舉整個列表，而只是讀取需要顯示的項。它使用Count屬性判斷集合的大小，推測并設置滾動的范圍。然后使用列表索引重新確定要在屏幕上顯示的項。因此，創(chuàng)建一個可以報告具有大量項的，并且可以只檢索需要的項的IList。

IItemsProvider 為了利用這個解決方案，下面的數(shù)據(jù)源必須能提供集合中項的數(shù)量，并且能夠提供完整集合的小塊（或頁）。這需要在IItemsProvider接口封裝。

/// 
/// Represents a provider of collection details.
/// 
/// The type of items in the collection.
public interface IItemsProvider
{
/// 
/// Fetches the total number of items available.
/// 
/// 
int FetchCount();
/// 
/// Fetches a range of items.
/// 
///

The start index.
/// The number of items to fetch.
///
IList FetchRange(int startIndex, int count);
}

如果下面的查詢是一個數(shù)據(jù)庫查詢，它是一個利用大多數(shù)據(jù)庫供應商都提供的COUNT()聚集函數(shù)和OFFSET與LIMIT表達式的一個IItemProvider接口的一個簡單實現(xiàn)。

VirtualizingCollection 這是一個執(zhí)行數(shù)據(jù)虛擬化的IList的實現(xiàn)。VirtualizingCollection(T)把整個集合分裝到一定數(shù)量的頁中。根據(jù)需要把頁加載到內存中，在不需要時從釋放。

下面討論我們有興趣的部分。詳細信息請參考附件中的源代碼項目。

IList實現(xiàn)的第一個方面是實現(xiàn)Count屬性。它通常被ItemsControl用來確定集合的大小，并呈現(xiàn)適當?shù)臐L動條。

private int _count = -1;
public virtual int Count
{
get
{
if (_count == -1)
{
LoadCount();
}
return _count;
}
protected set
{
_count = value;
}
}
protected virtual void LoadCount()
{
Count = FetchCount();
}
protected int FetchCount()
{
return ItemsProvider.FetchCount();
}

Count屬性使用延遲和懶惰加載(lazy loading)模式。它使用特殊值-1作為未加載的標識。當?shù)谝淮巫x取它時，它從ItemsProvider加載其實際的數(shù)量。

IList接口的實現(xiàn)的另一個重要方面是索引的實現(xiàn)。

private int _count = -1;
public virtual int Count
{
get
{
if (_count == -1)
{
LoadCount();
}
return _count;
}
protected set
{
_count = value;
}
}
protected virtual void LoadCount()
{
Count = FetchCount();
}
protected int FetchCount()
{
return ItemsProvider.FetchCount();
}

這個索引是這個解決方案的一個聰明的操作。首先，它必須確定請求的項在哪個頁(pageIndex)中，在頁中的位置(pageOffset)，然后調用RequestPage()方法請求該頁。

附加的步驟是然后根據(jù)pageOffset加載后一頁或前一頁。這基于一個假設，如果用戶正在瀏覽第0頁，那么他們有很高的機率接下來要滾動瀏覽第1頁。提前把數(shù)據(jù)取來，就可以無延遲的顯示。

然后調用CleanUpPages()清除(或卸載)所有不再使用的頁。

最后，放置頁不可用的一個防御性的檢查，當RequestPage沒有同步操作時是必要的，例如在子類AsyncVirtualizingCollection中。

// ...
private readonly Dictionary

頁存儲在以頁索引為鍵的字典(Dictionary)中。一個附加的字典(Dictionary)記錄著每個頁的最后存取時間，它用于在CleanUpPages()方法中移除較長時間沒有存取的頁。

protected virtual void LoadPage(int pageIndex)
{
PopulatePage(pageIndex, FetchPage(pageIndex));
}
protected IList FetchPage(int pageIndex)
{
return

為完成該解決方案，F(xiàn)etchPage()執(zhí)行從ItemProvider中抓取數(shù)據(jù)，LoadPage()方法完成調用PopulatePage方法獲取頁并把該頁存儲到字典(Dictionary)中的工作。

看起來好象有一些太多的不全邏輯的方法(a few too many inconsequential methods)，但這樣設計是有原因的：每一個方法做且只做一件事，有助于提高代碼的可讀性，并使在子類中進行功能擴展和維護變得容易，下面可以看到。

類VirtualizingCollection實現(xiàn)了數(shù)據(jù)虛擬化的基本目標。不幸的是，在使用中，它有一個嚴重不足：數(shù)據(jù)抓取方法是全部同步執(zhí)行的。這就是說它們要在UI線程中執(zhí)行，造成一個緩慢的程序

AsyncVirtualizingCollection類AsyncVirtualizingCollection繼承自VirtualizingCollection，重載了Load方法，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的異步加載。

WPF中異步數(shù)據(jù)源的關鍵是在數(shù)據(jù)抓取完成后必須通知UI的數(shù)據(jù)綁定。在規(guī)則的對象中，是通過實現(xiàn)INotifyPropertyChanged接口實現(xiàn)的。對一個集合的實現(xiàn)，需要緊密的關系，INotifyCollectionChanged。那是ObservableCollection要使用的接口。

public event NotifyCollectionChangedEventHandler CollectionChanged;
protected virtual void OnCollectionChanged(NotifyCollectionChangedEventArgs e)
{
NotifyCollectionChangedEventHandler h = CollectionChanged;
if (h != null)
h(this, e);
}
private void FireCollectionReset()
{
NotifyCollectionChangedEventArgs e = 
new NotifyCollectionChangedEventArgs(NotifyCollectionChangedAction.Reset);
OnCollectionChanged(e);
}
public event PropertyChangedEventHandler PropertyChanged;
protected virtual void OnPropertyChanged(PropertyChangedEventArgs e)
{
PropertyChangedEventHandler h = PropertyChanged;
if (h != null)
h(this, e);
}
private void FirePropertyChanged(string propertyName)
{
PropertyChangedEventArgs e = new PropertyChangedEventArgs(propertyName);
OnPropertyChanged(e);
}

實現(xiàn)了INotifyCollectionChanged接口和INotifyPropertyChanged接口。提供數(shù)據(jù)綁定彈性最大化。這個實現(xiàn)沒有任何要注意的。

protected override void LoadCount()
{
Count = 0;
IsLoading = true;
ThreadPool.QueueUserWorkItem(LoadCountWork);
}
private void LoadCountWork(object args)
{
int count = FetchCount();
SynchronizationContext.Send(LoadCountCompleted, count);
}
private void LoadCountCompleted(object args)
{
Count = (int)args;
IsLoading = false;
FireCollectionReset();
}

在重載的LoadCount()方法中，抓取是由ThreadPool(線程池)異步調用的。一旦完成，就會重置Count，UI的更新是由 INotifyCollectionChanged接口調用FireCollectionReset方法實現(xiàn)的。注意 LoadCountCompleted方法會在UI線程通過SynchronizationContext再一次被調用。假定集合的實例在UI線程中被創(chuàng) 建，SynchronationContext屬性就會被設置。

protected override void LoadPage(int index){IsLoading = true;

ThreadPool.QueueUserWorkItem(LoadPageWork, index);}

private void LoadPageWork(object args){

int pageIndex = (int)args;    IList page = FetchPage(pageIndex);

SynchronizationContext.Send(LoadPageCompleted, new object[]{pageIndex, page});}

private void LoadPageCompleted(object args){int pageIndex=(int)((object[]) args)[0];

IList page = (IList)((object[])args)[1];    PopulatePage(pageIndex, page);

IsLoading = false;    FireCollectionReset();}

頁數(shù)據(jù)的加載遵循相同的慣例，再一次調用FireCollectionReset方法更新用戶UI。

也要注意IsLoading屬性是一個簡單的標識，可以用來告知UI集合正在加載。當IsLoading改變后，由INotifyPropertyChanged機制調用FirePropertyChanged方法更新UI。

public bool IsLoading{ get{ return _isLoading; }

set {if ( value != _isLoading ){  _isLoading = value;

FirePropertyChanged("IsLoading");}    }}

演示項目

為了演示這個解決方案，我創(chuàng)建了一個簡單的示例項目（包括附加的源代碼項目）。

首先，創(chuàng)建一個IItemsProvider的一個實現(xiàn)，它通過使用線程休眠來模擬網(wǎng)絡或磁盤行為的延遲提供虛擬數(shù)據(jù)。

public class DemoCustomerProvider : IItemsProvider
{
private readonly int _count;
private readonly int _fetchDelay;
public DemoCustomerProvider(int count, int fetchDelay)
{
_count = count;
_fetchDelay = fetchDelay;
}
public int FetchCount()
{
Thread.Sleep(_fetchDelay);
return _count; 
}
public IList FetchRange(int startIndex, int count)
{
Thread.Sleep(_fetchDelay);
List list = new List();
for( int i=startIndex; i

普遍存在的Customer(消費者)對象作為集合中的項。

為了允許用戶試驗不同的列表實現(xiàn)，創(chuàng)建一個包含ListView的簡單WPF窗體。


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xmlns:x="//schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml"
Title="Data Virtualization Demo - By Paul McClean" Height="600" Width="600">













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                  Text="1000" Width="60" VerticalAlignment="Center"/>






                      TextAlignment="Right" VerticalAlignment="Center"/>

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                      Margin="5" Content="VirtualizingList(T)" 
VerticalAlignment="Center"/>

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