【转】C#异步的社会风气【下】

【转】C#异步的社会风气【下】

 

接上篇:《C#异步的社会风气【上】

上篇首要分析了async\await往日的一对异步情势,明天说异步的基本点是指C#5的async\await异步。在此为了便于的表述,大家称async\await在此之前的异步为“旧异步”,async\await为“新异步”。

新异步的行使

唯其如此说新异步的使用太简单(如若仅仅只是说选用)

情势加上async修饰符,然后使用await关键字执行异步方法,即可。对就是这么概括。像使用同步方法逻辑一样使用异步。

 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形式,为啥还要引入和上学新的async\await异步呢?当然它一定是有其与众不同的优势。

我们分五个地点来分析:WinForm、WPF等单线程UI程序和Web后台服务程序。

对于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:

  • 从未有过了烦人的回调处理
  • 不会像一道代码一样阻塞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采纳异步(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)

图片 1

【思考】:旧的异步情势是开启了一个新的线程去履行,不会阻塞UI线程。这一点很好领悟。不过,新的异步看上去和一道区别不大,为何也不会阻塞界面呢?

【原因】:新异步,在推行await表明式前都是选拔UI线程,await表达式后会启用新的线程去执行异步,直到异步执行到位并赶回结果,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是没有阻塞UI线程的,也就不会导致界面的装死。

【注意】:大家在示范同步代码的时候使用了Result。然,在UI单线程程序中拔取Result来使异步代码当一头代码应用是一件很凶险的事(起码对于不太了然新异步的校友来说是如此)。至于具体原因稍候再分析(哎哎,别跑啊)。

对此Web后台服务程序

可能对于后台程序的熏陶没有单线程程序那么直观,但其市值也是丰裕大的。且很六人对新异步存在误会。

【误解】:新异步可以提高Web程序的性质。

【正解】:异步不会升级单次请求结果的时刻,不过可以增长Web程序的吞吐量。

1、为何不会升级单次请求结果的时光?

实在我们从上边示例代码(即使是UI程序的代码)也可以观看。

 图片 2

2、为何可以增长Web程序的吞吐量?

这什么是吞吐量呢,也就是本来只好十个人同时做客的网站现在得以二十私家同时做客了。也就是常说的并发量。

如故用地点的代码来诠释。[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]利用了新的线程请求,所以UI线程没有被占用,而得以持续响应UI界面。

这问题来了,大家的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创设、销毁线程所导致的资源资产浪费),而线程池线程可采用线程数量是必定的,固然能够安装,但它依然会在一定范围内。如此一来,我们web线程是宝贵的(物以稀为贵),不可能滥用。用完了,那么其他用户请求的时候就不可能处理直接503了。

这什么算是滥用呢?比如:文件读取、URL请求、数据库访问等IO请求。假若用web线程来做那个耗时的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。也就高达了web程序最大访问数。

此刻大家的新异步横空出世,解放了那一个原来处理IO请求而堵塞的web线程(想偷懒?没门,干活了。)。通过异步模式接纳相对廉价的线程(非web线程池线程)来处理IO操作,这样web线程池线程就能够解放出来处理更多的请求了。

不信?上边我们来测试下:

【测试步骤】:

1、新建一个web api项目 

2、新建一个数据访问类,分别提供一块、异步方法(在模式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、发表web
api程序,部署到地头iis(共同链接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)

图片 3图片 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,并用浏览器访问两次要乞求的链接地址(预热)

7、启动winform程序,点击“访问同步实现的Web”:

图片 5

图片 6

8、重复6,然后再度起动winform程序点击“访问异步实现的Web”

图片 7

见状这一个数量有咋样感想?

数据和大家眼前的【正解】完全符合。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线程完成了千篇一律的呼吁数量,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请求。

跟着我们还发现一头实现请求前后的线程ID是如出一辙的,而异步实现上下线程ID不肯定一致。再一次讲明执行await异步前释放了主线程。

【结论】:

  • 动用新异步可以荣升Web服务程序的吞吐量
  • 对此客户端的话,web服务的异步并不会增强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。从而提升web线程的利用率。

【图解】:

图片 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。下边大家来分析:

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,而推行到GetUlrString方法的
await异步的时候又要释放UI线程。此时争论就来了,由于线程资源的侵吞导致死锁。

且Result属性和.Wait()方法一致会堵塞线程。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去原先的主线程,而UI程序一定会回到原先的UI线程)

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

但此间有个不同,这就是控制台程序里面是从未有过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没有问题的。

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

运用AsyncHelper在一齐代码里面调用异步

但只是,可可是,我们亟须在一块方法里面实践异步怎办?办法肯定是一些

俺们第一定义一个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();
    }
}

然后调用异步:

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

除外AsyncHelper大家还是可以够使用Task的ConfigureAwait方法来制止死锁

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的效应:使当前async方法的await后续操作不需要復苏到主线程(不需要保存线程上下文)。

图片 9

特别处理

至于新异步里面抛出分外的没错姿势。我们先来看下面一段代码:

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:

图片 10

在执行完118行的时候仍旧从未把非常抛出来?这不是逆天了吗。非得在伺机await执行的时候才报错,显著119行的逻辑执行是不曾怎么意义的。让大家把这个提前抛出:

图片 11

领取一个格局来做表明,这样就能登时的抛出非凡了。有对象会说这么的太坑爹了吧,一个验证还必须此外写个点子。接下来我们提供一个从未这么坑爹的点子:

图片 12

在异步函数里面用匿名异步函数举办打包,同样可以实现即时验证。

深感也不比前种艺术好多少…不过能咋办吧。

异步的实现

下面简单解析了新异步能力和性质。接下来让我们继续揭秘异步的面目,神秘的羽绒服下面究竟是怎么落实的。

先是我们编辑一个用来反编译的示范:

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

为了有利于阅读,大家把编译器自动命名的品种重命名。

 GetUrlStringAsync 方法成为了如此形容:

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;
}

格局签名完全一致,只是其中的内容变成了一个状态机 GetUrlStringAsyncdStateMachine
 的调用。此状态机就是编译器自动创造的。下边来探望神秘的状态机是什么鬼:

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)
    {
    }

}

妇孺皆知两个异步等待执行的时候尽管在不断调用状态机中的MoveNext()方法。经验来至我们事先分析过的IEumerable,但是前几天的这么些肯定复杂度要超越以前的不得了。揣摸是如此,大家仍旧来表明下实际:

在开场方法 GetUrlStringAsync 第一次启动状态机 stateMachine._builder.Start(ref stateMachine); 

图片 13

 确实是调用了 MoveNext 。因为_state的起头值是-1,所以举行到了下边的岗位:

图片 14

绕了一圈又赶回了 MoveNext 。因而,我们得以现象成三个异步调用就是在不断实施MoveNext直到截至。

说了这么久有哪些意思吧,似乎忘记了俺们的目标是要因此事先编写的测试代码来分析异步的施行逻辑的。

重新贴出在此之前的测试代码,以免忘记了。

图片 15

反编译后代码执行逻辑图:

图片 16

本来这只是可能较大的施行流程,但也有 awaiter.Iscompleted 为 true 的景观。其他可能的留着咱们温馨去雕饰吧。 

 

正文已联名至索引目录:《C#基础知识巩固

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

 

【推荐】

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