异步的世界

【转】C#异步的社会风气【下】

 

接上篇:《C#异步的社会风气【上】

上篇重要分析了async\await以前的有的异步格局,先天说异步的重点是指C#5的async\await异步。在此为了便利的表述,大家称async\await在此之前的异步为“旧异步”,async\await为“新异步”。

新异步的使用

唯其如此说新异步的利用太简单(假诺仅仅只是说采取)

办法加上async修饰符,然后采纳await关键字执行异步方法,即可。对就是这般简单。像使用同步方法逻辑一样采纳异步。

 public async Task<int> Test()
 {
     var num1 = await GetNumber(1);
     var num2 = await GetNumber(num1);
     var task =  GetNumber(num2);
     //或者
     var num3 = await task;
     return num1 + num2 + num3;
 }

新异步的优势

往日已经有了多种异步情势,为何还要引入和上学新的async\await异步呢?当然它自然是有其与众不同的优势。

我们分三个地点来分析:WinForm、WPF等单线程UI程序和Web后台服务程序。

对此WinForm、WPF等单线程UI程序

代码1(旧异步)

private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
    var request = WebRequest.Create("https://github.com/");
    request.BeginGetResponse(new AsyncCallback(t =>
    {
        //(1)处理请求结果的逻辑必须写这里
        label1.Invoke((Action)(() => { label1.Text = "[旧异步]执行完毕!"; }));//(2)这里跨线程访问UI需要做处理      
    }), null);
}

代码2(同步)

private void button3_Click(object sender, EventArgs e)
{
    HttpClient http = new HttpClient();
    var htmlStr = http.GetStringAsync("https://github.com/").Result;
    //(1)处理请求结果的逻辑可以写这里
    label1.Text = "[同步]执行完毕!";//(2)不在需要做跨线程UI处理了
}

代码3(新异步)

 private async void button2_Click(object sender, EventArgs e)
 {
     HttpClient http = new HttpClient();
     var htmlStr = await http.GetStringAsync("https://github.com/");
     //(1)处理请求结果的逻辑可以写这里
     label1.Text = "[新异步]执行完毕!";//(2)不在需要做跨线程UI处理了
 }

新异步的优势:

  • 尚无了烦人的回调处理
  • 不会像一头代码一样阻塞UI界面(造成假死)
  • 不在像旧异步处理后访问UI不在需要做跨线程处理
  • 像使用同步代码一样使用异步(超清晰的逻辑)

 是的,说得再多还不如看看实际效果图来得实在:(新旧异步UI线程没有阻塞,同步阻塞了UI线程)

海洋世界 1

【思考】:旧的异步模式是打开了一个新的线程去执行,不会阻塞UI线程。那点很好明白。然而,新的异步看上去和一块区别不大,为啥也不会卡住界面呢?

【原因】:新异步,在执行await表明式前都是使用UI线程,await表明式后会启用新的线程去履行异步,直到异步执行到位并回到结果,然后再回去UI线程(据说使用了SynchronizationContext;k(SolutionItemsProject);k(TargetFrameworkMoniker-.NETFramework,Version%3Dv4.5.2);k(DevLang-csharp)&rd=true))。所以,await是不曾阻塞UI线程的,也就不会造成界面的装死。

【注意】:大家在演示同步代码的时候使用了Result。然,在UI单线程程序中应用Result来使异步代码当一头代码应用是一件很危险的事(起码对于不太了然新异步的同班来说是这样)。至于实际原因稍候再分析(哎哎,别跑啊)。

对此Web后台服务程序

或是对于后台程序的震慑没有单线程程序那么直观,但其价值也是可怜大的。且很多少人对新异步存在误会。

【误解】:新异步可以升官Web程序的特性。

【正解】:异步不会提升单次请求结果的光阴,可是足以增强Web程序的吞吐量。

1、为啥不会升级单次请求结果的胎元?

骨子里我们从下面示例代码(固然是UI程序的代码)也可以见到。

 海洋世界 2

2、为啥可以增进Web程序的吞吐量?

这怎么是吞吐量呢,也就是自然只好十个人还要做客的网站现在可以二十民用同时做客了。也就是常说的并发量。

或者用地点的代码来分解。[代码2]
阻塞了UI线程等待请求结果,所以UI线程被占用,而[代码3]运用了新的线程请求,所以UI线程没有被占用,而能够连续响应UI界面。

这问题来了,我们的Web程序原始就是多线程的,且web线程都是跑的线程池线程(使用线程池线程是为了防止不断成立、销毁线程所导致的资源资产浪费),而线程池线程可使用线程数量是必然的,即便可以安装,但它依然会在早晚范围内。如此一来,我们web线程是名贵的(物以稀为贵),不可以滥用。用完了,那么其他用户请求的时候就不能处理直接503了。

这什么样算是滥用呢?比如:文件读取、URL请求、数据库访问等IO请求。假若用web线程来做这些耗时的IO操作那么就会卡住web线程,而web线程阻塞得多了web线程池线程就不够用了。也就直达了web程序最大访问数。

这时候我们的新异步横空出世,解放了这多少个原来处理IO请求而围堵的web线程(想偷懒?没门,干活了。)。通过异步情势拔取相对廉价的线程(非web线程池线程)来处理IO操作,这样web线程池线程就可以解放出来处理更多的乞请了。

不信?上面我们来测试下:

【测试步骤】:

1、新建一个web api项目 

2、新建一个数目访问类,分别提供联合、异步方法(在格局逻辑执行前后读取时间、线程id、web线程池线程使用数)

public class GetDataHelper
{
    /// <summary>
    /// 同步方法获取数据
    /// </summary>
    /// <returns></returns>
    public string GetData()
    {
        var beginInfo = GetBeginThreadInfo();
        using (HttpClient http = new HttpClient())
        {
            http.GetStringAsync("https://github.com/").Wait();//注意:这里是同步阻塞
        }
        return beginInfo + GetEndThreadInfo();
    }

    /// <summary>
    /// 异步方法获取数据
    /// </summary>
    /// <returns></returns>
    public async Task<string> GetDataAsync()
    {
        var beginInfo = GetBeginThreadInfo();
        using (HttpClient http = new HttpClient())
        {
            await http.GetStringAsync("https://github.com/");//注意:这里是异步等待
        }
        return beginInfo + GetEndThreadInfo();
    }

    public string GetBeginThreadInfo()
    {
        int t1, t2, t3;
        ThreadPool.GetAvailableThreads(out t1, out t3);
        ThreadPool.GetMaxThreads(out t2, out t3);
        return string.Format("开始:{0:mm:ss,ffff} 线程Id:{1} Web线程数:{2}",
                                DateTime.Now,
                                Thread.CurrentThread.ManagedThreadId,                                  
                                t2 - t1);
    }

    public string GetEndThreadInfo()
    {
        int t1, t2, t3;
        ThreadPool.GetAvailableThreads(out t1, out t3);
        ThreadPool.GetMaxThreads(out t2, out t3);
        return string.Format(" 结束:{0:mm:ss,ffff} 线程Id:{1} Web线程数:{2}",
                                DateTime.Now,
                                Thread.CurrentThread.ManagedThreadId,
                                t2 - t1);
    }
}

3、新建一个web api控制器

[HttpGet]
public async Task<string> Get(string str)
{
    GetDataHelper sqlHelper = new GetDataHelper();
    switch (str)
    {
        case "异步处理"://
            return await sqlHelper.GetDataAsync();
        case "同步处理"://
            return sqlHelper.GetData();
    }
    return "参数不正确";           
}       

4、公布web
api程序,部署到地头iis(一路链接http://localhost:803/api/Home?str=同步处理 
异步链接http://localhost:803/api/Home?str=异步处理

5、接着上边的winform程序里面测试请求:(同时提倡10个请求)

海洋世界 3海洋世界 4

private void button6_Click(object sender, EventArgs e)
{
    textBox1.Text = "";
    label1.Text = "";
    Task.Run(() =>
    {
        TestResultUrl("http://localhost:803/api/Home?str=同步处理");
    });
}

private void button5_Click(object sender, EventArgs e)
{
    textBox1.Text = "";
    label1.Text = "";
    Task.Run(() =>
    {
        TestResultUrl("http://localhost:803/api/Home?str=异步处理");
    });
}

public void TestResultUrl(string url)
{
    int resultEnd = 0;
    HttpClient http = new HttpClient();

    int number = 10;
    for (int i = 0; i < number; i++)
    {
        new Thread(async () =>
        {
            var resultStr = await http.GetStringAsync(url);
            label1.Invoke((Action)(() =>
            {
                textBox1.AppendText(resultStr.Replace(" ", "\r\t") + "\r\n");
                if (++resultEnd >= number)
                {
                    label1.Text = "全部执行完毕";
                }
            }));

        }).Start();
    }
}

View Code

6、重启iis,并用浏览器访问四回要呼吁的链接地址(预热)

7、启动winform程序,点击“访问同步实现的Web”:

海洋世界 5

海洋世界 6

8、重复6,然后再度起动winform程序点击“访问异步实现的Web”

海洋世界 7

来看这个多少有什么样感想?

数据和我们眼前的【正解】完全合乎。仔细考察,每个单次请求用时基本上相差不大。
不过步骤7″同步实现”最高投入web线程数是10,而步骤8“异步实现”最高投入web线程数是3。

也就是说“异步实现”使用更少的web线程完成了同等的请求数量,如此一来我们就有更多剩余的web线程去处理更多用户发起的乞求。

随之我们还发现一块实现请求前后的线程ID是千篇一律的,而异步实现上下线程ID不必然一致。再度表达执行await异步前释放了主线程。

【结论】:

  • 运用新异步可以提升Web服务程序的吞吐量
  • 对于客户端的话,web服务的异步并不会增高客户端的单次访问速度。
  • 推行新异步前会释放web线程,而等待异步执行到位后又回来了web线程上。从而加强web线程的利用率。

【图解】:

海洋世界 8

Result的死锁陷阱

俺们在分析UI单线程程序的时候说过,要慎用异步的Result属性。下面大家来分析:

private void button4_Click(object sender, EventArgs e)
{
    label1.Text = GetUlrString("https://github.com/").Result;
}

public async Task<string> GetUlrString(string url)
{
    using (HttpClient http = new HttpClient())
    {
        return await http.GetStringAsync(url);
    }
}

代码 GetUlrString(“https://github.com/").Result 的Result属性会阻塞(占用)UI线程,而实施到GetUlrString方法的
await异步的时候又要释放UI线程。此时争辩就来了,由于线程资源的侵占导致死锁。

且Result属性和.Wait()方法同样会卡住线程。此等问题在Web服务程序里面一样存在。(区别:UI单次线程程序和web服务程序都会自由主线程,不同的是Web服务线程不一定会回来原先的主线程,而UI程序一定会回来原来的UI线程)

我们眼前说过,.net为何会如此智能的机动释放主线程然后等待异步执行完毕后又回到主线程是因为SynchronizationContext;k(SolutionItemsProject);k(TargetFrameworkMoniker-.NETFramework,Version%3Dv4.5.2);k(DevLang-csharp)&rd=true)的功劳。

但这边有个不同,这就是控制台程序里面是平昔不SynchronizationContext;k(SolutionItemsProject);k(TargetFrameworkMoniker-.NETFramework,Version%3Dv4.5.2);k(DevLang-csharp)&rd=true)的。所以这段代码放在控制台里面运行是不曾问题的。

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
    GetUlrString("https://github.com/").Wait();
    Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
    Console.ReadKey();
}

public async static Task<string> GetUlrString(string url)
{
    using (HttpClient http = new HttpClient())
    {
        Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
        return await http.GetStringAsync(url);
    }
}

打印出来的都是同一个线程ID

使用AsyncHelper在一块代码里面调用异步

但只是,可可是,我们务必在一起方法里面实践异步怎办?办法肯定是局部

我们率先定义一个AsyncHelper静态类:

static class AsyncHelper
{
    private static readonly TaskFactory _myTaskFactory = new TaskFactory(CancellationToken.None,
        TaskCreationOptions.None, TaskContinuationOptions.None, TaskScheduler.Default);

    public static TResult RunSync<TResult>(Func<Task<TResult>> func)
    {
        return _myTaskFactory.StartNew(func).Unwrap().GetAwaiter().GetResult();
    }

    public static void RunSync(Func<Task> func)
    {
        _myTaskFactory.StartNew(func).Unwrap().GetAwaiter().GetResult();
    }
}

接下来调用异步:

private void button7_Click(object sender, EventArgs e)
{
    label1.Text = AsyncHelper.RunSync(() => GetUlrString("https://github.com/"));
}

如此这般就不会死锁了。

ConfigureAwait

除了AsyncHelper我们还足以应用Task的ConfigureAwait方法来防止死锁

private void button7_Click(object sender, EventArgs e)
{
    label1.Text = GetUlrString("https://github.com/").Result;
}

public async Task<string> GetUlrString(string url)
{
    using (HttpClient http = new HttpClient())
    {
        return await http.GetStringAsync(url).ConfigureAwait(false);
    }
}

ConfigureAwait的意义:使近期async方法的await后续操作不需要复苏到主线程(不需要保存线程上下文)。

海洋世界 9

丰富处理

至于新异步里面抛出非常的不错姿势。我们先来看下边一段代码:

private async void button8_Click(object sender, EventArgs e)
{
    Task<string> task = GetUlrStringErr(null);
    Thread.Sleep(1000);//一段逻辑。。。。
    textBox1.Text = await task;
}

public async Task<string> GetUlrStringErr(string url)
{
    if (string.IsNullOrWhiteSpace(url))
    {
        throw new Exception("url不能为空");
    }
    using (HttpClient http = new HttpClient())
    {
        return await http.GetStringAsync(url);
    }
}

调节执行实施流程:

海洋世界 10

在进行完118行的时候居然从未把特别抛出来?这不是逆天了吧。非得在守候await执行的时候才报错,显著119行的逻辑执行是尚未什么样含义的。让我们把相当提前抛出:

海洋世界 11

领取一个办法来做验证,这样就能即时的抛出特别了。有意中人会说这样的太坑爹了吗,一个声明还非得此外写个方法。接下来大家提供一个未曾如此坑爹的不二法门:

海洋世界 12

在异步函数里面用匿名异步函数举行打包,同样可以实现即时验证。

感觉到也不比前种艺术好多少…只是能肿么办吧。

异步的兑现

下边简单解析了新异步能力和性质。接下来让大家继承揭秘异步的真面目,神秘的外衣下边究竟是怎么落实的。

先是我们编辑一个用来反编译的以身作则:

class MyAsyncTest
{
    public async Task<string> GetUrlStringAsync(HttpClient http, string url, int time)
    {
        await Task.Delay(time);
        return await http.GetStringAsync(url);
    }
}

反编译代码:

点击看大图

为了便于阅读,我们把编译器自动命名的品种重命名。

 GetUrlStringAsync 方法成为了如此模样:

public Task<string> GetUrlStringAsync(HttpClient http, string url, int time)
{
    GetUrlStringAsyncdStateMachine stateMachine = new GetUrlStringAsyncdStateMachine()
    {
        _this = this,
        http = http,
        url = url,
        time = time,
        _builder = AsyncTaskMethodBuilder<string>.Create(),
        _state = -1
    };
    stateMachine._builder.Start(ref stateMachine);
    return stateMachine._builder.Task;
}

海洋世界,艺术签名完全一致,只是其中的内容变成了一个气象机 GetUrlStringAsyncdStateMachine
 的调用。此状态机就是编译器自动创立的。下面来探视神秘的状态机是何许鬼:

private sealed class GetUrlStringAsyncdStateMachine : IAsyncStateMachine
{
    public int _state;
    public MyAsyncTest _this;
    private string _str1;
    public AsyncTaskMethodBuilder<string> _builder;
    private TaskAwaiter taskAwaiter1;
    private TaskAwaiter<string> taskAwaiter2;

    //异步方法的三个形参都到这里来了
    public HttpClient http;
    public int time;
    public string url;

    private void MoveNext()
    {
        string str;
        int num = this._state;
        try
        {
            TaskAwaiter awaiter;
            MyAsyncTest.GetUrlStringAsyncdStateMachine d__;
            string str2;
            switch (num)
            {
                case 0:
                    break;

                case 1:
                    goto Label_00CD;

                default:
                    //这里是异步方法 await Task.Delay(time);的具体实现
                    awaiter = Task.Delay(this.time).GetAwaiter();
                    if (awaiter.IsCompleted)
                    {
                        goto Label_0077;
                    }
                    this._state = num = 0;
                    this.taskAwaiter1 = awaiter;
                    d__ = this;
                    this._builder.AwaitUnsafeOnCompleted<TaskAwaiter, MyAsyncTest.GetUrlStringAsyncdStateMachine>(ref awaiter, ref d__);
                    return;
            }
            awaiter = this.taskAwaiter1;
            this.taskAwaiter1 = new TaskAwaiter();
            this._state = num = -1;
        Label_0077:
            awaiter.GetResult();
            awaiter = new TaskAwaiter();
            //这里是异步方法await http.GetStringAsync(url);的具体实现
            TaskAwaiter<string> awaiter2 = this.http.GetStringAsync(this.url).GetAwaiter();
            if (awaiter2.IsCompleted)
            {
                goto Label_00EA;
            }
            this._state = num = 1;
            this.taskAwaiter2 = awaiter2;
            d__ = this;
            this._builder.AwaitUnsafeOnCompleted<TaskAwaiter<string>, MyAsyncTest.GetUrlStringAsyncdStateMachine>(ref awaiter2, ref d__);
            return;
        Label_00CD:
            awaiter2 = this.taskAwaiter2;
            this.taskAwaiter2 = new TaskAwaiter<string>();
            this._state = num = -1;
        Label_00EA:
            str2 = awaiter2.GetResult();
            awaiter2 = new TaskAwaiter<string>();
            this._str1 = str2;
            str = this._str1;
        }
        catch (Exception exception)
        {
            this._state = -2;
            this._builder.SetException(exception);
            return;
        }
        this._state = -2;
        this._builder.SetResult(str);
    }

    [DebuggerHidden]
    private void SetStateMachine(IAsyncStateMachine stateMachine)
    {
    }

}

综上说述六个异步等待执行的时候就是在不停调用状态机中的MoveNext()方法。经验来至我们前边分析过的IEumerable,不过今日的这个肯定复杂度要高于往日的老大。揣摸是这般,我们依然来表达下实际:

在开场方法 GetUrlStringAsync 第一次开行状态机 stateMachine._builder.Start(ref stateMachine); 

海洋世界 13

 确实是调用了 MoveNext 。因为_state的起先值是-1,所以举办到了下边的岗位:

海洋世界 14

绕了一圈又回来了 MoveNext 。因此,我们得以现象成六个异步调用就是在相连实践MoveNext直到停止。

说了这么久有什么样意思吧,似乎忘记了俺们的目标是要通过事先编写的测试代码来分析异步的推行逻辑的。

双重贴出往日的测试代码,以免忘记了。

海洋世界 15

反编译后代码执行逻辑图:

海洋世界 16

理所当然那只是可能较大的施行流程,但也有 awaiter.Iscompleted 为 true 的情况。其他可能的留着大家温馨去雕饰吧。 

 

本文已协同至索引目录:《C#基础知识巩固

本文demo:https://github.com/zhaopeiym/BlogDemoCode

 

【推荐】

http://www.cnblogs.com/wisdomqq/archive/2012/03/29/2417723.html