オフスクリーンバッファでビットマップをピクチャボックスに表示する

using System;
using System.Data;
using System.Diagnostics;
using System.Windows.Forms;

using System.Drawing;
using System.Drawing.Imaging;
using System.Threading;

namespace aaa
{
	public partial class Form1 : Form
	{

		// スレッドに渡すパラメータとスレッド.
		// このコードの下のほうで定義している.
		ParametersForThread Pft;
		Thread ThreadCounterInc = null;

		// オフスクリーンバッファをつかうかどうか.
		bool FlagUseOffscreenBuffer = true;

		public Form1()
		{

			InitializeComponent();

			// 画面のクライアント領域の幅高サイズ.
			int req_w = this.ClientRectangle.Width;
			int req_h = this.ClientRectangle.Height;

			// 色レベルをカウントアップするスレッドを起動する.
			Pft = new ParametersForThread( req_w, req_h );
			ParameterizedThreadStart pts = new ParameterizedThreadStart( Worker_CounterInc );
			ThreadCounterInc = new Thread( pts );
			ThreadCounterInc.Start( Pft );

			// ピクチャボックスの位置とサイズを決める.
			pictureBox1.Location = new Point( 0, 0 );
			pictureBox1.Size = new Size( req_w, req_h );

			// OffScreenBuffer の略 OSB.
			button1.Text = "OSB true";
			button2.Text = "OSB false";
			button3.Text = "Close";

		}

		private void Form1_Load( object sender, EventArgs e )
		{
			// タイマの間隔を短くするとフリッカがでやすい.
			timer1.Interval = 1;
			timer1.Start();
		}

		private void Form1_FormClosing( object sender, FormClosingEventArgs e )
		{

			// ウインドウが閉じるときスレッド終了を要請する.
			Pft.FlagThreadExit = true;

			// スレッド終了までちょっと待つ.
			Thread.Sleep( 100 );

			// スレッド終了待ちをする.
			ThreadCounterInc.Join();

		}

		private void button1_Click( object sender, EventArgs e )
		{
			// オフスクリーンバッファ使う.
			FlagUseOffscreenBuffer = true;
		}

		private void button2_Click( object sender, EventArgs e )
		{
			// オフスクリーンバッファ使わない.
			FlagUseOffscreenBuffer = false;
		}

		private void button3_Click( object sender, EventArgs e )
		{
			// ウインドウを閉じる.
			this.Close();
		}

		private void timer1_Tick( object sender, EventArgs e )
		{
			// ピクチャボックスの再描画を要請する.
			pictureBox1.Invalidate( true );
		}

		private void pictureBox1_Paint( object sender, PaintEventArgs e )
		{

			Stopwatch stopwatch = new Stopwatch();
			stopwatch.Start();

			if ( FlagUseOffscreenBuffer )
			{

				// オフスクリーンバッファを使うとき.
				if ( Pft != null )
				{
					if ( Pft.Bmp != null )
					{
						// スレッド側でビットマップを操作していなければ下記のブロックに突入する.
						if ( Interlocked.CompareExchange( ref ( Pft.FlagDontTouchBmp ), 0, 0 ) == 0 )
						{
							// ビットマップ利用中のフラグをたてる.
							Interlocked.Exchange( ref( Pft.FlagNowUseBmp ), 1 );

							// ピクチャボックスの領域.
							Rectangle rct = pictureBox1.ClientRectangle;

							// オフスクリーンバッファに描画する.
							using ( BufferedGraphics off_screen_buffer = BufferedGraphicsManager.Current.Allocate( e.Graphics, rct ) )
							{
								// いったんオフスクリーンバッファを塗りつぶして初期化する.
								off_screen_buffer.Graphics.Clear( Color.Transparent );

								// オフスクリーンバッファにビットマップを描画する.
								int w = Pft.BmpW;
								int h = Pft.BmpH;
								off_screen_buffer.Graphics.DrawImage( Pft.Bmp, 0, 0, w, h );

								// ここでオフスクリーンバッファをピクチャボックスに転送する.
								off_screen_buffer.Render( e.Graphics );
							}

							// ビットマップ利用中のフラグをおろす.
							Interlocked.Exchange( ref( Pft.FlagNowUseBmp ), 0 );
						}
					}
				}

			}
			else
			{

				// こちらはティアリングが出がちな素朴なコード.
				if ( Pft != null )
				{
					if ( Pft.Bmp != null )
					{
						// スレッド側でビットマップを操作していなければ下記のブロックに突入する.
						if ( Interlocked.CompareExchange( ref ( Pft.FlagDontTouchBmp ), 0, 0 ) == 0 )
						{
							// ビットマップ利用中のフラグをたてる.
							Interlocked.Exchange( ref( Pft.FlagNowUseBmp ), 1 );

							// ピクチャボックスにビットマップを描画する.
							int w = Pft.BmpW;
							int h = Pft.BmpH;
							e.Graphics.DrawImage( Pft.Bmp, 0, 0, w, h );

							// ビットマップ利用中のフラグをおろす.
							Interlocked.Exchange( ref( Pft.FlagNowUseBmp ), 0 );
						}
					}
				}

			}

			// タイトルバーに情報を出す.
			this.Text = $"FlagUseOffScreenBuffer is {FlagUseOffscreenBuffer}, {stopwatch.ElapsedMilliseconds}msec.";

		}

		// ここからスレッド関係のコード.

		// スレッドワーカー.
		public void Worker_CounterInc( object parameter )
		{

			ParametersForThread prm = (ParametersForThread)( parameter );

			for (;;)
			{
			
				if ( prm.FlagThreadExit )
				{
					prm.FlagThreadExit = false;
					return;
				}

				// 青成分のみカウンタで増やす.
				Color c = Color.FromArgb( 0, 0, Pft.Counter );

				// ------------------------------------------------------------------------
				// ビットマップ参照禁止フラグをたてる.
				Interlocked.Exchange( ref( prm.FlagDontTouchBmp ), 1 );

				// 別の場所でビットマップをつかっていなければ色変更を実施する.
				if ( Interlocked.CompareExchange( ref( prm.FlagNowUseBmp ), 0, 0 ) == 0 )
				{
					// ここで色を変更する.
					using ( Graphics grph = Graphics.FromImage( prm.Bmp ) )
					{
						grph.Clear( c );
					}
				}

				// ビットマップ参照禁止フラグをおろす.
				Interlocked.Exchange( ref( prm.FlagDontTouchBmp ), 0 );
				// ------------------------------------------------------------------------

				( prm.Counter )++;

				if ( prm.Counter > 255 )
				{
					prm.Counter = 0;
				}

				// UIスレッドでPictureBoxに反映(コメントアウトしています).
				// タイマイベントを使わない場合これを活かす.
				// こっちなら確実にフリッカしない.
				//this.Invoke(( MethodInvoker ) delegate { pictureBox1.Refresh(); } );

				// ここを Sleep(0) にするとずっと色レベル変更をしている状態とほとんど同じ.
				// したがってピクチャボックスに描画権が与えられない場合が多い.
				// イベント処理も通らない場合が多い.
				Thread.Sleep(1);

			}

		}

		// スレッドワーカに渡すパラメータクラスの定義.
		public class ParametersForThread
		{

			public bool FlagThreadExit;

			public int Counter;
			public Bitmap Bmp;
			public int FlagDontTouchBmp;
			public int FlagNowUseBmp;

			public int BmpW;
			public int BmpH;

			public ParametersForThread( int bmp_width, int bmp_height )
			{
				Counter = 0;
				FlagThreadExit = false;
				FlagDontTouchBmp = 0;
				FlagNowUseBmp = 0;

				PixelFormat pixfmt = PixelFormat.Format24bppRgb;
				Bmp = new Bitmap( bmp_width, bmp_height, pixfmt );

				BmpW = bmp_width;
				BmpH = bmp_height;
			}

		}
	}
}