C#【转】C#异步的社会风气【下】

【转】C#异步的社会风气【下】

 

接上篇:《C#异步的世界【上】

上篇重要分析了async\await在此之前的部分异步形式,前些天说异步的首假诺指C#5的async\await异步。在此为了有利于的发挥,大家称async\await在此以前的异步为“旧异步”,async\await为“新异步”。

新异步的行使

不得不说新异步的使用太简单(假如仅仅只是说拔取)

主意加上async修饰符,然后选择await关键字执行异步方法,即可。对就是这么简约。像使用同步方法逻辑一样接纳异步。

 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,为啥还要引入和学习新的async\await异步呢?当然它自然是有其优秀的优势。

咱俩分五个方面来分析: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
}

C#,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:

  • 平素不了烦人的回调处理
  • 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选用异步(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)

C# 1

【思考】:旧的异步情势是敞开了一个新的线程去执行,不会阻塞UI线程。这一点很好了然。不过,新的异步看上去和协办区别不大,为啥也不会卡住界面呢?

【原因】:新异步,在举办await表明式前都是利用UI线程,await表明式后会启用新的线程去执行异步,直到异步执行到位并回到结果,然后再回到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是从未有过阻塞UI线程的,也就不会导致界面的装死。

【注意】:我们在演示同步代码的时候使用了Result。然,在UI单线程程序中采纳Result来使异步代码当一头代码应用是一件很凶险的事(起码对于不太精通新异步的同校来说是如此)。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

想必对于后台程序的影响没有单线程程序那么直观,但其市值也是那一个大的。且很几人对新异步存在误会。

【误解】:新异步可以升级Web程序的习性。

【正解】:异步不会升级单次请求结果的岁月,可是可以增长Web程序的吞吐量。

1、为何不会升级单次请求结果的时刻?

实则大家从地方示例代码(即使是UI程序的代码)也足以见见。

 C# 2

2、为何可以增进Web程序的吞吐量?

这什么样是吞吐量呢,也就是当然只好十个人还要做客的网站现在得以二十个体同时做客了。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]使用了新的线程请求,所以UI线程没有被占用,而可以连续响应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制止不断创制、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肯定的,即使可以安装,但它依旧会在大势所趋范围内。如此一来,我们web线程是金玉的(物以稀为贵),不能滥用。用完了,那么其他用户请求的时候就不可能处理直接503了。

这怎么算是滥用呢?比如:文件读取、URL请求、数据库访问等IO请求。如若用web线程来做那么些耗时的IO操作那么就会阻塞web线程,而web线程阻塞得多了web线程池线程就不够用了。也就达成了web程序最大访问数。

这儿我们的新异步横空出世,解放了这一个原本处理IO请求而围堵的web线程(想偷懒?没门,干活了。)。通过异步格局利用相对廉价的线程(非web线程池线程)来拍卖IO操作,这样web线程池线程就足以解放出来处理更多的伸手了。

不信?下面我们来测试下:

【测试步骤】:

1、新建一个web api项目 

2、新建一个数据访问类,分别提供一块、异步方法(在艺术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、发布web
api程序,部署到地面iis(一块链接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、接着下面的winform程序里面测试请求:(同时提倡10个请求)

C# 3C# 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,并用浏览器访问一回要乞求的链接地址(预热)

7、启动winform程序,点击“访问同步实现的Web”:

C# 5

C# 6

8、重复6,然后再次开动winform程序点击“访问异步实现的Web”

C# 7

总的来看那几个数量有什么样感想?

数量和大家眼前的【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。
可是步骤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线程完成了同样的乞请数量,如此一来大家就有更多剩余的web线程去处理更多用户发起的呼吁。

继之大家还发现一块实现请求前后的线程ID是一样的,而异步实现上下线程ID不自然一致。再一次表达执行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进客户端的单次访问速度。
  • 实践新异步前会释放web线程,而等待异步执行到位后又回去了web线程上。从而提升web线程的利用率。

【图解】:

C# 8

Result的死锁陷阱

我们在分析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()方法同样会堵塞线程。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服务程序都会释放主线程,不同的是Web服务线程不一定会回来原先的主线程,而UI程序一定会回来原先的UI线程)

大家前边说过,.net为何会这么智能的自行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。

但这里有个例外,这就是控制台程序里面是不曾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一直不问题的。

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

应用AsyncHelper在一齐代码里面调用异步

但但是,可可是,我们务必在同步方法里面实践异步怎办?办法肯定是部分

咱俩先是定义一个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();
    }
}

下一场调用异步:

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

诸如此类就不会死锁了。

ConfigureAwait

而外AsyncHelper我们仍可以够行使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的功力:使近年来async方法的await后续操作不需要还原到主线程(不需要保存线程上下文)。

C# 9

异常处理

至于新异步里面抛出至极的正确姿势。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);
    }
}

调剂执行实施流程:

C# 10

在执行完118行的时候竟然没有把相当抛出来?那不是逆天了呢。非得在守候await执行的时候才报错,显著119行的逻辑执行是平素不怎么意思的。让我们把这一个提前抛出:

C# 11

领到一个模式来做表达,这样就能立即的抛出非常了。有心上人会说这么的太坑爹了呢,一个注明还必须此外写个章程。接下来我们提供一个并未这样坑爹的情势:

C# 12

在异步函数里面用匿名异步函数举行打包,同样可以兑现即时验证。

深感也不比前种艺术好多少…但是能怎么做吧。

异步的实现

下边简单分析了新异步能力和性能。接下来让我们后续揭秘异步的真相,神秘的外衣下边究竟是怎么落实的。

第一我们编辑一个用来反编译的演示:

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,我们把编译器自动命名的连串重命名。

 GetUrlStringAsync 方法成为了这么形容:

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;
}

艺术签名完全一致,只是其中的始末变成了一个场合机 GetUrlStringAsyncdStateMachine
 的调用。此状态机就是编译器自动创造的。下边来看看神秘的状态机是哪些鬼:

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)
    {
    }

}

眼看两个异步等待执行的时候即使在相连调用状态机中的MoveNext()方法。经验来至我们事先分析过的IEumerable,不过前几天的这么些肯定复杂度要压倒从前的百般。推断是这样,我们依旧来证实下实际:

在先导方法 GetUrlStringAsync 第一次启动状态机 stateMachine._builder.Start(ref stateMachine); 

C# 13

 确实是调用了 MoveNext 。因为_state的初步值是-1,所以进行到了下边的职务:

C# 14

绕了一圈又赶回了 MoveNext 。因而,我们得以现象成五个异步调用就是在时时刻刻实施MoveNext直到截止。

说了这么久有哪些看头啊,似乎忘记了俺们的目的是要经过事先编写的测试代码来分析异步的执行逻辑的。

再次贴出在此以前的测试代码,以免忘记了。

C# 15

反编译后代码执行逻辑图:

C# 16

当然这只是可能较大的执行流程,但也有 awaiter.Iscompleted 为 true 的事态。其他可能的留着我们温馨去雕饰吧。 

 

正文已同步至索引目录:《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

 

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