【转】C#异步的世界【下】

【转】C#异步的社会风气【下】

 

接上篇:《C#异步的世界【上】C#,》

上篇主要分析了async\await在此以前的局地异步格局,明天说异步的主借使指C#5的async\await异步。在此为了便于的表达,大家称async\await从前的异步为“旧异步”,async\await为“新异步”。

新异步的选用

只可以说新异步的行使太简单(倘使仅仅只是说采纳)

艺术加上async修饰符,然后利用await关键字执行异步方法,即可。对就是那般总结。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

从前已经有了各种异步格局,为啥还要引入和读书新的async\await异步呢?当然它必将是有其与众分歧的优势。

大家分七个地点来分析: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:

  • 尚无了烦人的回调解和处理理
  • 不会像二只代码一样阻塞UI界面(造成假死)
  • 不在像旧异步处理后访问UI不在须求做跨线程处理
  • 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效图来得实在:(新旧异步UI线程没有阻塞,同步阻塞了UI线程)

C# 1

【思考】:旧的异步方式是开启了3个新的线程去履行,不会阻塞UI线程。那点很好掌握。但是,新的异步看上去和协同分化十分小,为啥也不会堵塞界面呢?

【原因】:新异步,在执行await表达式前都以使用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重临结果,然后再回到UI线程(据他们说使用了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,也就不会招致界面包车型的士装死。

【注意】:我们在演示同步代码的时候利用了Result。然,在UI单线程程序中使用Result来使异步代码当两头代码应用是一件很凶险的事(起码对于不太领会新异步的同校来说是那样)。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

莫不对于后台程序的震慑没有单线程程序那么直观,但其股票总值也是可怜大的。且很三个人对新异步存在误会。

【误解】:新异步能够升官Web程序的品质。

【正解】:异步不会升级单次请求结果的时刻,但是能够增长Web程序的吞吐量。

① 、为啥不会升级单次请求结果的时光?

实际上大家从地点示例代码(就算是UI程序的代码)也足以看来。

 C# 2

贰 、为啥能够拉长Web程序的吞吐量?

那怎么是吞吐量呢,也正是当然只好1叁人还要做客的网站现在得以二十私家同时做客了。也便是常说的并发量。

抑或用地点的代码来表达。[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]动用了新的线程请求,所以UI线程没有被占用,而得以接二连三响应UI界面。

那难点来了,大家的Web程序原始正是八线程的,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设、销毁线程所导致的财富资金财产浪费),而线程池线程可利用线程数量是早晚的,就算能够安装,但它照旧会在放任自流范围内。如此一来,大家web线程是难能可贵的(物以稀为贵),无法滥用。用完了,那么其余用户请求的时候就不能处理直接503了。

那什么样算是滥用呢?比如:文件读取、U君越L请求、数据库访问等IO请求。固然用web线程来做这些耗费时间的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。也就达到了web程序最大访问数。

那时大家的新异步横空出世,解放了这一个原来处理IO请求而堵塞的web线程(想偷懒?没门,干活了。)。通过异步方式选择相对廉价的线程(非web线程池线程)来处理IO操作,那样web线程池线程就能够解放出来处理越多的请求了。

不信?下边大家来测试下:

【测试步骤】:

一 、新建二个web api项目 

二 、新建二个数目访问类,分别提供联合、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);
    }
}

叁 、新建贰个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";           
}       

四 、揭橥web
api程序,陈设到本地iis(一同链接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:(同时提倡拾个请求)

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

六 、重启iis,并用浏览器访问3遍要乞求的链接地址(预热)

⑦ 、运营winform程序,点击“访问同步实现的Web”:

C# 5

C# 6

⑧ 、重复6,然后再度起动winform程序点击“访问异步达成的Web”

C# 7

看来这几个多少有何样感想?

数量和大家面前的【正解】完全相符。仔细观看,各样单次请求用时基本上相差十分小。
然则步骤7″同步达成”最高投入web线程数是10,而步骤8“异步达成”最高投入web线程数是3。

也正是说“异步达成”使用更少的web线程完毕了千篇一律的呼吁数量,如此一来大家就有越来越多剩余的web线程去处理愈来愈多用户发起的请求。

继而大家还发现叁头完毕请求前后的线程ID是一样的,而异步达成内外线程ID不自然一致。再次应验执行await异步前释放了主线程。

【结论】:

  • 行使新异步能够升级Web服务程序的吞吐量
  • 对此客户端的话,web服务的异步并不会狠抓客户端的单次访问速度。
  • 施行新异步前会自由web线程,而等待异步执行到位后又回来了web线程上。从而进步web线程的利用率。

【图解】:

C# 8

Result的死锁陷阱

小编们在分析UI单线程程序的时候说过,要慎用异步的Result属性。上边大家来分析:

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。此时争辩就来了,由于线程财富的抢占导致死锁。

且Result属性和.Wait()方法同样会堵塞线程。此等难点在Web服务程序里面一样存在。(不同:UI单次线程程序和web服务程序都会释放主线程,分化的是Web服务线程不一定会重返原来的主线程,而UI程序一定会回来原先的UI线程)

大家面前说过,.net为啥会那样智能的机动释放主线程然后等待异步执行实现后又再次回到主线程是因为SynchronizationContext;k(SolutionItemsProject);k(TargetFrameworkMoniker-.NETFramework,Version%3Dv4.5.2);k(DevLang-csharp)&rd=true)的功劳。

但那边有个不等,那正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。所以那段代码放在控制台里面运营是从未难点的。

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);
    }
}

打印出来的都是同三个线程ID

应用AsyncHelper在一块儿代码里面调用异步

但不过,可但是,大家务必在联合署名方法里面实践异步怎办?办法肯定是部分

大家率先定义三个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/"));
}

这么就不会死锁了。

ConfigureAwait

除去AsyncHelper大家还是可以使用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的职能:使当前async方法的await后续操作不须求恢复到主线程(不必要保存线程上下文)。

C# 9

可怜处理

有关新异步里面抛出特其余科学姿势。大家先来看上面一段代码:

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

在履行完118行的时候甚至没有把十分抛出来?这不是逆天了啊。非得在伺机await执行的时候才报错,明显119行的逻辑执行是未曾什么样含义的。让大家把格外提前抛出:

C# 11

领到二个情势来做表明,那样就能及时的抛出格外了。有意中人会说这么的太坑爹了呢,一个认证还必须其它写个章程。接下来我们提供3个并未这样坑爹的措施:

C# 12

在异步函数里面用匿名异步函数进行打包,同样能够实现即时验证。

深感也不比前种方式好多少…可是能如何是好呢。

异步的贯彻

上边不难解析了新异步能力和总体性。接下来让大家继承揭秘异步的实质,神秘的外衣上面毕竟是怎么落到实处的。

率先大家编辑3个用来反编写翻译的言传身教:

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

反编写翻译代码:

点击看大图

为了有利于阅读,大家把编写翻译器自动命名的门类重命名。

 GetUrlStringAsync 方法成为了如此相貌:

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;
}

措施签名完全一致,只是其中的剧情变成了一个景况机 GetUrlStringAsyncdStateMachine
 的调用。此状态机就是编写翻译器自动创立的。上面来探望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)
    {
    }

}

明朗四个异步等待执行的时候正是在不断调用状态机中的MoveNext()方法。经验来至我们后面分析过的IEumerable,不过前天的这些肯定复杂度要高于之前的不行。估摸是这样,我们依然来注明下实际:

在开场方法 GetUrlStringAsync 第二遍开发银行状态机 stateMachine._builder.Start(ref stateMachine); 

C# 13

 确实是调用了 MoveNext 。因为_state的伊始值是-1,所以举行到了下面包车型大巴地点:

C# 14

绕了一圈又回去了 MoveNext 。因此,大家得以现象成八个异步调用便是在频频实践MoveNext直到结束。

说了这么久有哪些意思呢,就好像忘记了大家的指标是要由此事先编写的测试代码来分析异步的施行逻辑的。

再也贴出在此以前的测试代码,防止忘记了。

C# 15

反编写翻译后代码执行逻辑图:

C# 16

当然那只是大概较大的实施流程,但也有 awaiter.Iscompleted 为 true 的图景。其余恐怕的留着我们自个儿去雕饰吧。 

 

正文已联手至索引目录:《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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