UI虛擬化

當(dāng)一個(gè)WPF的ItemControl被綁定到一個(gè)大型集合的數(shù)據(jù)源時(shí)，如果可以UI虛擬化，該控件將只為那些在可以看到的項(xiàng)創(chuàng)見可視化的容器（加 上面和下面的少許）。這是一個(gè)完整集合中有代表性的一小部分。用戶移動(dòng)滾動(dòng)條時(shí)，將為那些滾動(dòng)到可視區(qū)域的項(xiàng)創(chuàng)建新的可視化容器，那些不再可見的項(xiàng)的容器 將被銷毀。當(dāng)容器設(shè)置為循環(huán)使用時(shí)，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(duì)象的實(shí)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(shí)的數(shù)據(jù)對(duì)象的歸檔虛擬化的時(shí)間段。數(shù)據(jù)虛擬化不是由WPF提供的。作為對(duì)比，基本數(shù)據(jù)對(duì)象的小集 合對(duì)內(nèi)存的消耗不是很多；但是，大集合的內(nèi)存消耗是非常嚴(yán)重的。另外，真實(shí)的檢索數(shù)據(jù)（例如，從數(shù)據(jù)庫）和實(shí)例化數(shù)據(jù)對(duì)象是很耗時(shí)的，尤其當(dāng)是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)調(diào) 用時(shí)。因此，我們希望使用數(shù)據(jù)虛擬化機(jī)制來限制檢索的數(shù)據(jù)的數(shù)量和在內(nèi)存中生成數(shù)據(jù)對(duì)象的數(shù)量。

解決方案

總覽

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

IItemsProvider 為了利用這個(gè)解決方案，下面的數(shù)據(jù)源必須能提供集合中項(xiàng)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.
/// 
/// 

如果下面的查詢是一個(gè)數(shù)據(jù)庫查詢，它是一個(gè)利用大多數(shù)據(jù)庫供應(yīng)商都提供的COUNT()聚集函數(shù)和OFFSET與LIMIT表達(dá)式的一個(gè)IItemProvider接口的一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)。

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

下面討論我們有興趣的部分。詳細(xì)信息請(qǐng)參考附件中的源代碼項(xiàng)目。

IList實(shí)現(xiàn)的第一個(gè)方面是實(shí)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(dāng)?shù)臐L動(dòng)條。

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(biāo)識(shí)。當(dāng)?shù)谝淮巫x取它時(shí)，它從ItemsProvider加載其實(shí)際的數(shù)量。

IList接口的實(shí)現(xiàn)的另一個(gè)重要方面是索引的實(shí)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(gè)索引是這個(gè)解決方案的一個(gè)聰明的操作。首先，它必須確定請(qǐng)求的項(xiàng)在哪個(gè)頁(pageIndex)中，在頁中的位置(pageOffset)，然后調(diào)用RequestPage()方法請(qǐng)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(gè)假設(shè)，如果用戶正在瀏覽第0頁，那么他們有很高的機(jī)率接下來要滾動(dòng)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(diào)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(gè)防御性的檢查， 當(dāng)RequestPage沒有同步操作時(shí)是必要的，例如在子類AsyncVirtualizingCollection中。

// ...
private readonly Dictionary

頁存儲(chǔ)在以頁索引為鍵的字典(Dictionary)中。一個(gè)附加的字典(Dictionary)記錄著每個(gè)頁的最后存取時(shí)間，它用于在CleanUpPages()方法中移除較長(zhǎng)時(shí)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(diào)用PopulatePage方法獲取頁并把該頁存儲(chǔ)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(shè)計(jì)是有原因的：每一個(gè)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(jìn)行功能擴(kuò)展和維護(hù)變得容易，下面可以看到。

類VirtualizingCollection實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)虛擬化的基本目標(biāo)。不幸的是，在使用中，它有一個(gè)嚴(yán)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(gè)緩慢的程序

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

WPF中異步數(shù)據(jù)源的關(guān)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(duì)象中，是通過實(shí)現(xiàn)INotifyPropertyChanged接 口實(shí)現(xiàn)的。對(duì)一個(gè)集合的實(shí)現(xiàn)，需要緊密的關(guān)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(shí)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(gè)實(shí)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(diào)用的。一旦完成，就會(huì)重置Count，UI的更新是由 INotifyCollectionChanged接口調(diào)用FireCollectionReset方法實(shí)現(xiàn)的。注意 LoadCountCompleted方法會(huì)在UI線程通過SynchronizationContext再一次被調(diào)用。假定集合的實(shí)例在UI線程中被創(chuàng) 建，SynchronationContext屬性就會(huì)被設(shè)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(diào)用FireCollectionReset方法更新用戶UI。

也要注意IsLoading屬性是一個(gè)簡(jiǎn)單的標(biāo)識(shí)，可以用來告知UI集合正在加載。當(dāng)IsLoading改變后，由INotifyPropertyChanged機(jī)制調(diào)用FirePropertyChanged方法更新UI。

public bool IsLoading{ get{ return _isLoading; }   

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

FirePropertyChanged("IsLoading");}    }}

演示項(xiàng)目

為了演示這個(gè)解決方案，我創(chuàng)建了一個(gè)簡(jiǎn)單的示例項(xiàng)目（包括附加的源代碼項(xiàng)目）。

首先，創(chuàng)建一個(gè)IItemsProvider的一個(gè)實(shí)現(xiàn)，它通過使用線程休眠來模擬網(wǎng)絡(luò)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(fèi)者)對(duì)象作為集合中的項(xiàng)。

為了允許用戶試驗(yàn)不同的列表實(shí)現(xiàn)，創(chuàng)建一個(gè)包含ListView的簡(jiǎn)單WPF窗體。

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













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

                  Text="1000000" Width="60" VerticalAlignment="Center"/>

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

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






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

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

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

                      Margin="5" Content="AsyncVirtualizingList(T)" 
IsChecked="True" VerticalAlignment="Center"/>



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

                      Text="100" Width="60" VerticalAlignment="Center"/>

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

                      Text="30" Width="60" VerticalAlignment="Center"/>





              VerticalAlignment="Center"/>

              Width="80" VerticalAlignment="Center"/>

              Margin="5" Width="100" VerticalAlignment="Center"/>

                     Fill="Blue" Margin="5" VerticalAlignment="Center">








                                   Storyboard.TargetProperty=
"(TextBlock.RenderTransform).(RotateTransform.Angle)" 
From="0" To="360" Duration="0:0:5" 
RepeatBehavior="Forever" />






              FontStyle="Italic" Text="Pause in animation indicates UI thread stalled."/>



                                        
沒有必要去探究XAML的細(xì)節(jié)。惟一要注意的是使用ListView的定制風(fēng)格改變其背景和響應(yīng)IsLoading屬性時(shí)的光標(biāo)。



public partial class DemoWindow
{
/// 

/// Initializes a new instance of the  class.
/// 
public DemoWindow()
{
InitializeComponent();
// use a timer to periodically update the memory usage
DispatcherTimer timer = new DispatcherTimer();
timer.Interval = new TimeSpan(0, 0, 1);
timer.Tick += timer_Tick;
timer.Start();
}
private void timer_Tick(object sender, EventArgs e)
{
tbMemory.Text = string.Format("{0:0.00} MB", 
GC.GetTotalMemory(true)/1024.0/1024.0);
}
private void Button_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
// create the demo items provider according to specified parameters
int numItems = int.Parse(tbNumItems.Text);
int fetchDelay = int.Parse(tbFetchDelay.Text);
DemoCustomerProvider customerProvider = 
new DemoCustomerProvider(numItems, fetchDelay);
// create the collection according to specified parameters
int pageSize = int.Parse(tbPageSize.Text);
int pageTimeout = int.Parse(tbPageTimeout.Text);
if ( rbNormal.IsChecked.Value )
{
DataContext = new List(customerProvider.FetchRange(0, 
customerProvider.FetchCount()));
}
else if ( rbVirtualizing.IsChecked.Value )
        {
DataContext = new VirtualizingCollection(customerProvider, pageSize);
}
else if ( rbAsync.IsChecked.Value )
{
DataContext = new AsyncVirtualizingCollection(customerProvider, 
pageSize, pageTimeout*1000);
}
}
}





 


窗體設(shè)計(jì)是相當(dāng)?shù)暮?jiǎn)單，只是為了演示這個(gè)解決方案。 

用戶可以在DomoCustomerProvider中配置項(xiàng)的數(shù)量和模擬抓取的延遲。






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