.NET Web應用中為什麼要使用async/await非同步程式設計

xhznl發表於2020-06-08
WebAI非同步程式設計

前言

  1. 什麼是async/await？
    await和async是.NET Framework4.5框架、C#5.0語法裡面出現的技術，目的是用於簡化非同步程式設計模型。

  2. async和await的關係？
    async和await是成對出現的。
    async出現在方法的宣告裡，用於批註一個非同步方法。光有async是沒有意義的。
    await出現在方法內部，Task前面。只能在使用async關鍵字批註的方法中使用await關鍵字。

        private async Task DoSomething()
        {
            await Task.Delay(TimeSpan.FromSeconds(10));
        }

  1. async/await會建立新的執行緒嗎？
    不會。async/await關鍵字本身是不會建立新的執行緒的，但是被await的方法內部一般會建立新的執行緒。

  2. asp.net mvc/webapi action中使用async/await會提高請求的響應速度嗎？
    不會。

正題

我們都知道web應用不同於winform、wpf等客戶端應用，客戶端應用為了保證UI渲染的一致性往往都是採用單執行緒模式，這個UI執行緒稱為主執行緒，如果在主執行緒做耗時操作就會導致程式介面假死，所以客戶端開發中使用多執行緒非同步程式設計非常必要。
可web應用本身就是多執行緒模式，伺服器會為每個請求分配工作執行緒。
既然async/await不能建立新執行緒，又不能使提高請求的響應速度，那.NET Web應用中為什麼要使用async/await非同步程式設計呢？

在 web 伺服器上，.NET Framework 維護用於處理 ASP.NET 請求的執行緒池。 當請求到達時，將排程池中的執行緒以處理該請求。 如果以同步方式處理請求，則處理請求的執行緒將在處理請求時處於繁忙狀態，並且該執行緒無法處理其他請求。

在啟動時看到大量併發請求的 web 應用中，或具有突發負載（其中併發增長突然增加）時，使 web 服務呼叫非同步會提高應用程式的響應能力。 非同步請求與同步請求所需的處理時間相同。 如果請求發出需要兩秒鐘時間才能完成的 web 服務呼叫，則該請求將需要兩秒鐘，無論是同步執行還是非同步執行。 但是，在非同步呼叫期間，執行緒在等待第一個請求完成時不會被阻止響應其他請求。 因此，當有多個併發請求呼叫長時間執行的操作時，非同步請求會阻止請求佇列和執行緒池的增長。

下面用程式碼來實際測試一下：

  • 先是同步的方式，程式碼很簡單，就是輸出一下請求開始和結束的時間和執行緒ID：
        public ActionResult Index()
        {
            DateTime startTime = DateTime.Now;//進入DoSomething方法前的時間
            var startThreadId = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;//進入DoSomething方法前的執行緒ID

            DoSomething();//耗時操作

            DateTime endTime = DateTime.Now;//完成DoSomething方法的時間
            var endThreadId = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;//完成DoSomething方法後的執行緒ID
            return Content($"startTime:{ startTime.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss:fff") } startThreadId:{ startThreadId }<br/>endTime:{ endTime.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss:fff") } endThreadId:{ endThreadId }<br/><br/>");
        }

        /// <summary>
        /// 耗時操作
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        private void DoSomething()
        {
            Thread.Sleep(10000);
        }

使用瀏覽器開3個標籤頁進行測試（因為瀏覽器對同一域名下的連線數有限制，一般是6個左右，所以就弄3個吧）：



可以看到耗時都是10秒，開始和結束的執行緒ID一致。

  • 下面改造成非同步的：
        public async Task<ActionResult> Index()
        {
            DateTime startTime = DateTime.Now;//進入DoSomething方法前的時間
            var startThreadId = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;//進入DoSomething方法前的執行緒ID

            await DoSomething();//耗時操作

            DateTime endTime = DateTime.Now;//完成DoSomething方法的時間
            var endThreadId = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;//完成DoSomething方法後的執行緒ID
            return Content($"startTime:{ startTime.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss:fff") } startThreadId:{ startThreadId }<br/>endTime:{ endTime.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss:fff") } endThreadId:{ endThreadId }<br/><br/>");
        }

        /// <summary>
        /// 耗時操作
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        private async Task DoSomething()
        {
            await Task.Run(() => Thread.Sleep(10000));
        }

結果：



可以看到3次請求中，雖然耗時都是10秒，但是出現了開始和結束的執行緒ID不一致的情況，ID為22的這個執行緒工作了多次，這意味著使用非同步方式在同一時間可以處理更多的請求！
IIS預設佇列長度：

await關鍵字不會阻塞執行緒直到任務完成。 它將方法的其餘部分註冊為任務的回撥，並立即返回。 當await的任務最終完成時，它將呼叫該回撥，並因此在其中斷時繼續執行方法。

簡單來說：就是使用同步方法時，執行緒會被耗時操作一直佔有，直到耗時操作完成。而使用非同步方法，程式走到await關鍵字時會立即return，釋放執行緒，餘下的程式碼會放進一個回撥中（Task.GetAwaiter()的UnsafeOnCompleted(Action)回撥），耗時操作完成時才會回撥執行，所以async/await是語法糖，其本質是一個狀態機。

那是不是所有的action都要用async/await呢？
不是。一般的磁碟IO或者網路請求等耗時操作才考慮使用非同步，不要為了非同步而非同步，非同步也是需要消耗效能的，使用不合理會適得其反。

結論

async/await非同步程式設計不能提升響應速度，但是可以提升響應能力（吞吐量）。非同步和同步各有優劣，要合理選擇，不要為了非同步而非同步。

相關文章