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WPF dotnet 6 開啟 PM v2 的 DPI 感知 導致觸摸執行緒訪問 UI 屬性拋例外

2022-09-16 06:19:14 .NET開發

本文記錄一個 WPF 在 dotnet 6 的一個已知問題，且此問題我已修復提交給官方倉庫，這是一個只有在 dotnet 6 框架下，非 dotnet 5 也非 .NET Core 3.1 也非 .NET Framework 的問題，要求開啟 DPI 感覺等級為 PerMonitorV2 的特性，在帶觸摸屏上的應用，應用運行程序中，切換螢屏的 DPI 之后，觸摸程序有概率觸發在觸摸執行緒訪問 UI 的依賴屬性，在觸摸執行緒拋出例外炸掉應用

條件

必須同時滿足以下條件：

  • dotnet 6: dotnet 6.0.1 及以上版本
    • dotnet 5 和 .NET Core 3.1 和 .NET Framework 沒有此問題，這是新改出來的，細節請參閱原理部分
  • 應用開啟 PerMonitorV2 的特性
    • 支持此特性最低系統版本是 Windows 10 的 1703 版本，低于此版本，包括 Win7 系統，將不能開啟
    • 默認的應用是沒有開啟的，需要自己通過清單等方式開啟，開啟方法稍微復雜，請參閱 支持 Windows 10 最新 PerMonitorV2 特性的 WPF 多屏高 DPI 應用開發 - walterlv
  • 應用開啟 StylusPlugIn 的支持
  • 在觸摸設備上運行，進行觸摸互動
  • 應用運行程序存在切換系統的 DPI 的值
    • 需要先運行應用，對應用進行觸摸互動，再切換，再觸摸
    • 可以選擇多個螢屏不同的 DPI 讓 WPF 在多個螢屏來回移動和觸摸
    • 可以選擇一個螢屏，在運行應用程序切換 DPI 的值

這也算是一個好訊息，要求很嚴格，而且在用戶端，很多都是只有一個螢屏，再加上切換 DPI 系統會提示要重啟電腦，重啟電腦就不會存在此問題，也就是說這個問題影響其實是比較小的

最后也是最重要的是，這個 Bug 不是必復現的，也許你需要很多次測驗才可以遇到，詳細請參閱下面步驟

步驟

如以上條件，在 Win10 的 1703 以上版本運行，通過 支持 Windows 10 最新 PerMonitorV2 特性的 WPF 多屏高 DPI 應用開發 - walterlv 博客的方法給應用開啟 PM v2 的功能

根據以上條件，給應用附加上 StylusPlugIn 的支持，方法請參閱 附加 StylusPlugIn 的例子

準備完成之后，執行以下步驟

  1. 啟動應用，進行觸摸

  2. 接著打開設定，點擊螢屏選項卡，修改縮放和布局的 更改文本、應用等專案的大小，修改百分比

  3. 切換回應用，繼續觸摸應用

這是一個非必定復現的坑，需要多次回圈以上步驟，也許才能遇到此坑，行為是在觸摸執行緒 Stylus Input 執行緒將會因為呼叫的 GetAndCacheTransformToDeviceMatrix 方法碰了 UI 執行緒的屬性，拋出如下例外

Application: Application.exe
CoreCLR Version: 6.0.121.56705
.NET Version: 6.0.1
Description: The process was terminated due to an unhandled exception.
Exception Info: System.InvalidOperationException: The calling thread cannot access this object because a different thread owns it.
   at System.Windows.Threading.Dispatcher.ThrowVerifyAccess()
   at System.Windows.Threading.Dispatcher.VerifyAccess()
   at System.Windows.Threading.DispatcherObject.VerifyAccess()
   at System.Windows.Media.CompositionTarget.VerifyAPIReadOnly()
   at System.Windows.Interop.HwndTarget.get_TransformToDevice()
   at System.Windows.Input.StylusLogic.GetAndCacheTransformToDeviceMatrix(PresentationSource source)
   at System.Windows.Input.StylusWisp.WispLogic.GetTabletToViewTransform(PresentationSource source, TabletDevice tabletDevice)
   at System.Windows.Input.PenContexts.InvokeStylusPluginCollection(RawStylusInputReport inputReport)
   at System.Windows.Input.StylusWisp.WispLogic.InvokeStylusPluginCollection(RawStylusInputReport inputReport)
   at System.Windows.Input.StylusWisp.WispLogic.ProcessInputReport(RawStylusInputReport inputReport)
   at System.Windows.Input.StylusWisp.WispLogic.ProcessInput(RawStylusActions actions, PenContext penContext, Int32 tabletDeviceId, Int32 stylusDeviceId, Int32[] data, Int32 timestamp, PresentationSource inputSource)
   at System.Windows.Input.PenContexts.ProcessInput(RawStylusActions actions, PenContext penContext, Int32 tabletDeviceId, Int32 stylusPointerId, Int32[] data, Int32 timestamp)
   at System.Windows.Input.PenContexts.OnPenDown(PenContext penContext, Int32 tabletDeviceId, Int32 stylusPointerId, Int32[] data, Int32 timestamp)
   at System.Windows.Input.PenContext.FirePenDown(Int32 stylusPointerId, Int32[] data, Int32 timestamp)
   at System.Windows.Input.PenThreadWorker.FireEvent(PenContext penContext, Int32 evt, Int32 stylusPointerId, Int32 cPackets, Int32 cbPacket, IntPtr pPackets)
   at System.Windows.Input.PenThreadWorker.ThreadProc()
   at System.Threading.Thread.StartHelper.Callback(Object state)
   at System.Threading.ExecutionContext.RunInternal(ExecutionContext executionContext, ContextCallback callback, Object state)
--- End of stack trace from previous location ---
   at System.Threading.ExecutionContext.RunInternal(ExecutionContext executionContext, ContextCallback callback, Object state)
   at System.Threading.Thread.StartCallback()

如果自己試了幾次也沒有復現，可以試試用我的版本，保證按照上面步驟，一定掛，我的版本由以下三個 NuGet 包組成

  • https://www.nuget.org/packages/dotnetCampus.WPF/6.0.4-alpha05-FixTouch01
  • https://www.nuget.org/packages/dotnetCampus.WPF.Resource/6.0.4-alpha05-FixTouch01
  • https://www.nuget.org/packages/dotnetCampus.WPF.Dependencies/6.0.4-alpha05-FixTouch01

相信想用定制版本的 WPF 的開發者都知道可以使用吧

為什么使用 6.0.4-alpha05-FixTouch01 版本是能一定復現，還請看下面的原理部分

原理

為什么使用 6.0.4-alpha05-FixTouch01 版本是能一定復現，那是因為我改了觸摸模塊，我修復了觸摸偏移問題導致了此問題暴露，為什么有觸摸問題？這是因為 Rob LaDuca 大佬在 Fix raw stylus data to support per-monitor DPI by rladuca · Pull Request #2891 · dotnet/wpf 修復了 PM 的觸摸問題，然而他的修復引入新的問題，我問他，你有觸摸屏測驗沒，他說沒有，不過 WPF 內部有個自動化測驗，自動化測驗通過就可以了，然而他的更改已合入主干，導致了使用 StylusPlugIn 的觸摸存在偏移

我在 Try fix the first point in StylusPlugin in high DPI by lindexi · Pull Request #6428 · dotnet/wpf 修復了以上的觸摸偏移問題，但是由于此修復引入了新的問題，修復之前，如 WPF 高速書寫 StylusPlugIn 原理 描述，將會在 UI 執行緒收到觸摸之前，先在觸摸執行緒收到，在觸摸執行緒收到時，還沒有找到命中的元素，這就導致了拿到的空值，無法處理當前命中到的元素所在的視窗，從而無法了解當前觸摸點的 DPI 的引數，于是觸摸就因為拿不到 DPI 引數進行計算而偏移

我修復了觸摸偏移問題是通過拿觸摸輸入源的視窗句柄進行獲取 DPI 計算，獲取觸摸的輸入源視窗，不需要等待 UI 執行緒命中測驗，于是修復了觸摸偏移的問題

然而以上輸入引入了新的問題，那就是在開啟 PM v2 特性，在 DPI 變更之后，觸摸比 UI 執行緒更快進入 GetAndCacheTransformToDeviceMatrix 方法， 此方法的作用是獲取或計算 DPI 換算 Matrix 引數，如果是在 UI 執行緒先進來，那自然能更新為一個符合預期的值，然而如果是觸摸執行緒先進來，將會由于觸摸執行緒沒有從 _transformToDeviceMatrices 字典獲取到對應的 DPI 的引數，從而需要獲取 TransformToDevice 屬性，在獲取 TransformToDevice 屬性的時候，由于 TransformToDevice 屬性默認是限制只有 UI 執行緒可以訪問，于是就拋出了例外

以下是 GetAndCacheTransformToDeviceMatrix 代碼，我添加了足夠的注釋，方便大家了解

 protected Matrix GetAndCacheTransformToDeviceMatrix(PresentationSource source) 
 { 
 	 // 在當前 dotnet 主干分支上，由于 Rob LaDuca 大佬修復 per-monitor DPI 時，沒有考慮到 StylusPlugIn 比 UI 執行緒更快進入此函式，在首次觸摸時，讓 PresentationSource 引數為空，從而無法獲取到正確的值進行計算，從而計算觸摸點由于缺少引數，在 DPI 非 96 情況下偏移 DPI 比例

     var hwndSource = source as HwndSource; 
     Matrix toDevice = Matrix.Identity; 
  
     if (hwndSource?.CompositionTarget != null) 
     {
     	 // 如果更改了 DPI 且開啟特性，那么在觸摸執行緒比 UI 執行緒更快進入此函式時，將會在 _transformToDeviceMatrices 字典里面獲取不到引數，需要 觸摸執行緒 計算
         // If we have not yet seen this DPI, store the matrix for it. 
         if (!_transformToDeviceMatrices.ContainsKey(hwndSource.CompositionTarget.CurrentDpiScale)) 
         { 
         	 // 觸摸執行緒獲取 TransformToDevice 引數，將會因為 TransformToDevice 引數默認限制只有 UI 執行緒可以訪問從而炸掉
             _transformToDeviceMatrices[hwndSource.CompositionTarget.CurrentDpiScale] = hwndSource.CompositionTarget.TransformToDevice; 
             Debug.Assert(_transformToDeviceMatrices[hwndSource.CompositionTarget.CurrentDpiScale].HasInverse); 
         } 
  
         toDevice = _transformToDeviceMatrices[hwndSource.CompositionTarget.CurrentDpiScale]; 
     } 
  
     return toDevice; 
 }

問題已反饋給 WPF 官方： WPF tocuh in Window with StylusPlugIn may throw InvalidOperationException · Issue #6829 · dotnet/wpf

在 少珺 小伙伴的幫助下，我修復了此問題，請看 Fix get TransformToDevice in Stylus Input thread will throw the InvalidOperationException by lindexi · Pull Request #6840 · dotnet/wpf

核心修復的方法是在觸摸執行緒計算，而不是獲取 TransformToDevice 屬性，這是因為 TransformToDevice 屬性的獲取方法里面也是一個簡單的計算，從性能角度和安全角度都是自己計算會更好

 public override Matrix TransformToDevice 
 { 
     get 
     { 
         VerifyAPIReadOnly(); 
         Matrix m = Matrix.Identity; 
         m.Scale(CurrentDpiScale.DpiScaleX, CurrentDpiScale.DpiScaleY); 
         return m; 
     } 
 }

性能上以上的計算可能比從字典獲取的性能更好，不過這部分我沒有測驗

修復方法

最佳修復方法，等待 WPF 的大佬們合入我的修復，分發新的 dotnet 版本，更新版本即可

我所在的團隊也分發了私有的 WPF 版本，包含此修復，如果大家也遇到此問題，且等不及我的修復合入主干，可以試試我所在的團隊分發的版本，請看 https://www.nuget.org/packages/dotnetCampus.WPF/6.0.4-alpha06-test02

更多檔案

更多 DPI 相關請參閱

  • 支持 Windows 10 最新 PerMonitorV2 特性的 WPF 多屏高 DPI 應用開發 - walterlv
  • Windows 下的高 DPI 應用開發（UWP / WPF / Windows Forms / Win32） - walterlv
  • Windows DPI Awareness for WPF - walterlv

更多觸摸請參閱 WPF 觸摸相關

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