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异步 async/Await C#

时间：2023-03-13 20:29:57

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异步 async/Await C#

Async/Await关键字

Visual Studio（.net framework 4.5）提供了异步编程模型，相比之前实现方式，新的异步编程模型降低了使用的复杂度并且更容易维护和调试，编译器代替用户做了很多复杂的工作来实现异步编程模型[^4]。

调用异步方法AccesstheWebAsync创建HttpClient实例，并使用HttpClient获取异步数据。利用Task执行获取数据方法（假设获取数据需要很长时间），不阻塞当前线程，getStringTask代表进行中的任务。因为getStringTask还没有使用await 关键字，使之可以继续执行不依赖于其返回结果的其他任务，同步执行DoIndependentWork。当同步任务DoIndependentWork执行完毕之后，返回调用给AccessTheWebAsync线程。使用await强制等待getStringTask完成，并获取基于Task<String>类型的返回值。(如果getStringTask在同步方法DoIndependentWork执行之前完成，调用会返回给AccessTheWebAsync线程，调用await将会执行不必要的挂起操作)当获取web数据之后，返回结果记录在Task中并返回给await调用处（当然，返回值并没有在第二行返回）。获取数据并返回计算结果。

刨根问底

以上是官方给的说明文档，例子详尽表达清楚，但是有一个问题没有解决（被证明）：

1. 当线程在await处返回给线程池之后，该线程是否“真的”被其他请求所消费?

2. 服务器线程资源是一定的，是谁在真正执行Await所等待的操作，或者说异步IO操作？

3. 如果使用IO线程执行异步IO操作，相比线程池的线程有什么优势？或者说异步比同步操作优势在哪里？

前提条件：

1. 相对Console应用程序来说，可以使用ThreadPool的SetMaxThread来模拟当前进程所支持的最大工作线程和IO线程数。

2. 通过ThreadPool的GetAvailableThreads可以获得当前进程工作线程和IO线程的可用数量。

3. ThreadPool是基于进程的，每一个进程有一个线程池，IIS Host的进程可以单独管理线程池。

4. 如果要真正意义上的模拟异步IO线程操作文件需要设置FileOptions.Asynchronous，而不是仅仅是使用BeginXXX一类的方法，详情请参考[^1]的异步IO线程。

5. 在验证同步和异步调用时，执行的任务数量要大于当前最大工作线程的2倍，这样才可以测出当Await释放工作线程后，其他请求可继续利用该线程。

结论：

1. Await使用异步IO线程来执行，异步操作的任务，释放工作线程回线程池。

2. 线程池分为工作线程和异步IO线程，分别执行不同级别的任务。

3. 使用Await来执行异步操作效率并不总是高于同步操作，需要根据异步执行长短来判断。

4. 当工作线程和IO线程相互切换时，会有一定性能消耗。

各位可以Clone代码，并根据Commit去Review代码，相信大家能理解代码意图，如果不能，请留言，我改进：）

[GitHubRepo](/Cuiyansong/Why-To-Use-Async-Await-In-DotNet.git)

using System;using System.Diagnostics;using System.IO;using System.Threading;using System.Threading.Tasks;namespace AsyncAwaitConsole{class Program{static int maxWorkerThreads;static int maxAsyncIoThreadNum;const string UserDirectory = @"files\";const int BufferSize = 1024 * 4;static void Main(string[] args){AppDomain.CurrentDomain.ProcessExit += (sender, eventArgs) =>{Directory.Delete("files", true);};maxWorkerThreads = Environment.ProcessorCount;maxAsyncIoThreadNum = Environment.ProcessorCount;ThreadPool.SetMaxThreads(maxWorkerThreads, maxAsyncIoThreadNum);LogRunningTime(() =>{for (int i = 0; i < Environment.ProcessorCount * 2; i++){Task.Factory.StartNew(SyncJob, new {Id = i});}});Console.WriteLine("===========================================");LogRunningTime(() =>{for (int i = 0; i < Environment.ProcessorCount * 2; i++){Task.Factory.StartNew(AsyncJob, new { Id = i });}});Console.ReadKey();}static void SyncJob(dynamic stateInfo){var id = (long)stateInfo.Id;Console.WriteLine("Job Id: {0}, sync starting...", id);using (FileStream sourceReader = new FileStream(UserDirectory + "BigFile.txt", FileMode.Open, FileAccess.Read, FileShare.Read, BufferSize)){using (FileStream destinationWriter = new FileStream(UserDirectory + $"CopiedFile-{id}.txt", FileMode.OpenOrCreate, FileAccess.ReadWrite, FileShare.None, BufferSize)){CopyFileSync(sourceReader, destinationWriter);}}Console.WriteLine("Job Id: {0}, completed...", id);}static async Task AsyncJob(dynamic stateInfo){var id = (long)stateInfo.Id;Console.WriteLine("Job Id: {0}, async starting...", id);using (FileStream sourceReader = new FileStream(UserDirectory + "BigFile.txt", FileMode.Open, FileAccess.Read, FileShare.Read, BufferSize, FileOptions.Asynchronous)){using (FileStream destinationWriter = new FileStream(UserDirectory + $"CopiedFile-{id}.txt", FileMode.OpenOrCreate, FileAccess.ReadWrite, FileShare.None, BufferSize, FileOptions.Asynchronous)){await CopyFilesAsync(sourceReader, destinationWriter);}}Console.WriteLine("Job Id: {0}, async completed...", id);}static async Task CopyFilesAsync(FileStream source, FileStream destination){var buffer = new byte[BufferSize + 1];int numRead;while ((numRead = await source.ReadAsync(buffer, 0, buffer.Length)) != 0){await destination.WriteAsync(buffer, 0, numRead);}}static void CopyFileSync(FileStream source, FileStream destination){var buffer = new byte[BufferSize + 1];int numRead;while ((numRead = source.Read(buffer, 0, buffer.Length)) != 0){destination.Write(buffer, 0, numRead);}}static void LogRunningTime(Action callback){var awailableWorkingThreadCount = 0;var awailableAsyncIoThreadCount = 0;var watch = Stopwatch.StartNew();watch.Start();callback();while (awailableWorkingThreadCount != maxWorkerThreads){Thread.Sleep(500);ThreadPool.GetAvailableThreads(out awailableWorkingThreadCount, out awailableAsyncIoThreadCount);Console.WriteLine("[Alive] working thread: {0}, async IO thread: {1}", awailableWorkingThreadCount, awailableAsyncIoThreadCount);}watch.Stop();Console.WriteLine("[Finsih] current awailible working thread is {0} and used {1}ms", awailableWorkingThreadCount, watch.ElapsedMilliseconds);}}}

View Code

注：Async/Await并没有创建新的线程，而是基于当前同步上线文的线程，相比Thread/Task或者是基于线程的BackgroundWorker使用起来更方便。Async关键字的作用是标识在Await处需要等待方法执行完成，过多的await不会导致编译器错误，但如果没有await时，方法将转换为同步方法.

基于IIS Host的应用程序

1.IIS 可以托管ThreadPool，通过在IIS Application Pool中增加，并且可以设置Working Thread 和 Async IO Thread 数目。

2. 服务端接受请求并从线程池中获取当前闲置的线程进行处理，如果是同步处理请求，当前线程等待处理完成然后返回给线程池. 服务器线程数量有限，当超过IIS所能处理的最大请求时，将返回503错误。

3. 服务端接受请求并异步处理请求时，当遇到异步IO类型操作时，当前线程返回给线程池。当异步操作完成时，从线程池中拿到新的线程并继续执行任务，直至完成后续任务[^7]。

例如，在MVC Controller中加入awaitable方法，证明当遇到阻塞任务时，当前线程立即返回线程池。当阻塞任务完成时，将从线程池中获取新的线程执行后续任务：

var availableWorkingThreadCount = 0;

var availableAsyncIoThreadCount = 0;

ThreadPool.GetAvailableThreads(out availableWorkingThreadCount, out availableAsyncIoThreadCount);

AddErrors(new IdentityResult(string.Format("[IIS Host] Thread Id {0}, ThreadPool Thread: {1}",

Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread)));

AddErrors(new IdentityResult(string.Format("[IIS Host] current working thread: {0}, current async thread: {1}", availableWorkingThreadCount, availableAsyncIoThreadCount)));

HttpClient httpClient = new HttpClient();

var response = httpClient.GetStringAsync("/en-us/library/system.threading.thread.isthreadpoolthread(v=vs.110).aspx");

await response;

AddErrors(new IdentityResult(string.Format("[IIS Host] Thread Id {0}, ThreadPool Thread: {1}",

Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread)));

[IIS Host] Thread Id 4, ThreadPool Thread: True

[IIS Host] current working thread: 4094, current async thread: 1000

[IIS Host] Thread Id 9, ThreadPool Thread: True

结论：

同步方法应用场景：请求处理非常快代码简洁大于代码效率主要是基于CPU耗时操作异步方法应用场景：基于Network或者I/O类型操作，而非CPU耗时操作当阻塞操作成为瓶颈时，通过异步方法能使IIS处理更多的请求并行化处理比代码简洁更重要提供一种机制可以让用户取消长时间运行的请求