看过这么多爆文,依旧走不好异步编程这条路?​

简介: 本文带大家抓住异步编程async/await语法糖的牛鼻子: SynchronizationContext。

引言


C#异步编程语法糖async/await,使开发者很容易就能编写异步代码。
零散看过很多文章,很多是填鸭式灌输 (有的翻译文还有偏差)


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遵守以上冷冰冰的②③条的原则,一般可确保异步程序按预期运作,


我们时常能在各大论坛看到同学们(因不遵守②③点)引发的死锁现场。


由async/await引起的死锁现场


UI程序(WinForm、WPF):点击按钮,触发一个HTTP请求,用请求结果修改UI控件,以下代码会引发deadlock


public static async Task<string> GetJsonAsync(Uri uri)
{
  using (var client = new HttpClient())
  {
    var jsonString = await client.GetStringAsync(uri);
    return jsonString;
  }
}
// 上层调用方法
public void Button1_Click(...)
{
  var jsonTask = GetJsonAsync(...);
  textBox1.Text = jsonTask.Result;
}


ASP.NET web程序:从api接口发起HTTP请求,返回请求的结果,以下代码也会引发deadlock


public static async Task<string> GetJsonAsync(Uri uri)
{
  using (var client = new HttpClient())
  {
    var jsonString = await client.GetStringAsync(uri);
    return jsonString;
  }
}
// 上层调用方法
public class MyController : ApiController
{
  public string Get()
  {
    var jsonTask = GetJsonAsync(...);
    return jsonTask.Result;
  }
}


☺️ 解决以上死锁有两种编程方式:


  1. 不再混用异步/同步写法, 始终使用async/await语法糖编写异步代码


  1. 对等待的异步任务应用ConfigureAwait(false)方法


SynchronizationContext就是这类死锁的牛鼻子,大多数时候SynchronizationContext是在异步编程后默默工作,但了解这个对象对于理解sync/await工作原理、解决死锁大有裨益。


本文会解释:


  1. async/await工作机制


  1. SynchronizationContext在异步编程语法糖中的意义


  1. 示例代码为什么会deadlock


1.  await/async语法糖工作机制


微软提出Task线程包装类、 await/async语法糖简化了异步编程的方式:


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第②步:调用异步方法GetStringAsync时,开启异步任务;


第⑥步:遇到await关键字,框架会捕获调用线程的同步上下文

(SynchronizationContext)对象, 附加给异步任务;同时控制权上交到上层调用函数;


第⑦步:异步任务完成,通过IO完成端口通知上层线程, 第⑧步:通过捕获的线程同步上下文执行后继代码块;


2. SynchronizationContext的意义


先看下MSDN中关于SynchronizationContext的定义:


提供在各种同步模型中传播同步上下文的基本功能。此类实现的同步模型的目的是允许公共语言运行库的内部异步/同步操作使用不同的同步模型正常运行。


☹️这就不是人能看懂的解释,我给出的解释是:在线程切换过程中保存调用线程的上下文环境, 用于在异步任务完成后使用此线程同步上下文执行后继代码


线程同步上下文的意义在哪?


大家都知道:WinForm和WPF都有类似的原则:长耗时的任务在后台进行,将异步结果返回给UI线程 。(这难道就是ConfigureAwait方法默认传true的原因?)


此时就需要捕获UI线程的SynchronizationContext,并将这个对象传入异步任务。


public static void DoWork()
{
    //On UI thread
    var sc = SynchronizationContext.Current;
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(delegate
    {
        //... async task:do work on ThreadPool        sc.Post(delegate
        {
             // do work on the original context (UI)
        }, null);
    });
}


SynchronizationContext表示代码运行的线程环境,在异步编程中,利用该对象切换代码执行环境。


不同的.NET框架因各自独特的线程切换场景有不同的SynchronizationContext子类(重写父类虚方法):


  • ASP.NET有AspNetSynchronizationContext


  • WinForm有WindowsFormSynchronizationContext


  • WPF 有DispatcherSynchronizationContext


  • ASP.NET Core、控制台程序不存在SynchronizationContext,SynchronizationContext.Current=null


AspNetSynchronizationContext维护了HttpContext.Current、用户身份和文化,但在ASP. NET Core这些信息天然依赖注入,故不再需要SynchronizationContext;另一个好处是不再获取同步上下文对性能也是一种提升。


因此,对于ASP.NET Core程序,ConfigureAwait(false)不是必需的,然而,在基础库时最好还是使用ConfigureAwait(false),因为你保不准上层会混用同步/异步代码。


3. 引言代码为什么发生deadlock


观察引言代码,控制权返回到上层调用函数时,执行流使用Result/(Wait方法)等待任务结果:Result/Wait()导致调用线程同步阻塞(等待任务完成), 而异步任务执行完成后,会尝试利用捕获的同步上下文执行后继代码,这样形成死锁。


正因为如此,我们提出两种方式解决死锁:


  • 原调用函数始终使用await方法,这样调用线程是异步等待任务完成,后继代码可以在该线程同步上下文上执行


  • 对异步任务应用ConfigureAwait(false)方法


ConfigureAwait(bool):true  表示尝试在捕获的原调用线程SynchronizationContext 中执行后继代码;false 不再尝试在捕获的线程SynchronizationContext中执行后继代码。ConfigureAwait(false)  能解决[因调用线程同步阻塞]引发的死锁,但是同步阻塞没有利用异步编程的优点,不是很推荐。


归根到底,这两种解决死锁的方式都是针对SynchronizationContext


ASP. NET Core和控制台程序,因为捕获的SynchronizationContext=null, 会选择一个线程同步上下文来执行,不会死锁。


总结


微软为加快开发效率上着实费了心力,.NET提供的await/async语法糖简化了异步编程方式,


在异步编程中,SynchronizationContext决定了后继代码在哪里执行的环境,深入理解这个对象的背景和不同框架的实现方式,能帮助我们避免编写死锁代码。

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