.Net Core中無處不在的Async/Await是如何提升效能的？

包子wxl發表於2022-03-07
AI

一、簡介

Async/Await在.Net Core中真的是無處不在，到處都是非同步操作，那為什麼要用？有什麼作用？別人說能提升效能？網上一堆文章看的繞暈了也沒說清楚，

所以這裡從理論，實踐，原理一個個解開這些疑問。

二、Async/Await有什麼用？

1.Async/Await用法示例

用法很簡單，這裡就不詳細說具體怎麼用了，只提供一個示例，我們的目標是研究它的作用。

 public class AsyncAwaitTest
    {
        public void Start()
        {
            Console.WriteLine($"aaa,執行緒Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            AsyncMethod();
            Console.WriteLine($"eee,執行緒Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            Console.ReadLine();
        }
        public async Task<bool> AsyncMethod()
        {
            Console.WriteLine($"bbb,執行緒Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            await Task.Run(() => {

                Thread.Sleep(500);
                Console.WriteLine($"ccc,執行緒Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            });
            Console.WriteLine($"ddd,執行緒Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            return true;
        }
    }

 

 

2.async/await的特點

1）不會阻塞執行緒

從示例的執行順序，可以看出，當執行async/await方法時，主執行緒遇到await關鍵字，主執行緒就返回執行“eee”，然後釋放，而不是等待，新開了一個子執行緒6執行另外的業務，await前面的方法還是主執行緒執行，await後面的方法，等執行緒6執行完了再繼續執行。

2）同步的方式寫非同步

雖然是用了非同步，但還是等待執行結果再往下執行，執行流程是同步的。

3.async/await能提升效能嗎？

這個應該是大家最關心的問題了。

能提升單個請求的效能嗎？

答案是不能的。很明顯看的到，await等待了結果再執行後面的邏輯，還是序列的，執行完該多少秒還是多少秒， 中間還切換執行緒去處理了，相比同步來說還多了切換執行緒的損耗。

那async/await的意義何在？

在於多請求併發處理，且資源有限的時候，能增加吞吐量（單位時間處理的請求），增加cpu的利用率。

簡單說就是有10個執行緒，每個執行緒的速度沒有提升，然後居然QPS能提升？！

先來看一段微軟官網的描述

　　此模型可很好地處理典型的伺服器方案工作負荷。由於沒有專用於阻止未完成任務的執行緒，因此伺服器執行緒池可服務更多的Web請求。

　　考慮使用兩個伺服器：一個執行非同步程式碼，一個不執行非同步程式碼。對於本例，每個伺服器只有5個執行緒可用於伺服器請求。此字數太小，不切實際，僅供演示。

　　假設這兩個伺服器都接收6個併發請求。每個請求執行一個I/O操作。未執行非同步程式碼的伺服器必須對第6個請求排隊，直到5個執行緒中的一個完成了I/O密集型工作

並編寫了響應。此時收到了第20個請求，由於佇列過長，伺服器可能會開始變慢。

　　執行有非同步程式碼的伺服器也需要對第6個請求排隊，但由於使用了async和await，I/O密集型工作開始時，每個執行緒都會得到釋放，無需等到工作結束。

收到第20個請求時，傳入請求佇列將變得很小（如果其中還有請求的話），且伺服器不會慢。

　　儘管這是一個人為想象的示例，但現實世界中其工作方式與此類似。事實上，相比伺服器將執行緒專用於接收到的每個請求，使用async和await能夠使

伺服器處理一個數量級的請求。

 

　　注意上面官網描述的I/O密集型。什麼樣的是I/O密集型呢？，就是cpu效能比硬碟記憶體好太多，大部分時間都是cpu在等IO的讀寫操作。例如讀檔案，讀檔案的時候是不需要cpu參與的，只需要發一個命令給硬碟，硬碟讀完檔案會再通知cpu繼續處理，這種叫DMA技術。

　　DMA(Direct Memory Access，直接儲存器訪問) 是所有現代電腦的重要特色，它是指一種高速的資料傳輸操作，允許在外部裝置和儲存器之間直接讀寫資料，既不通過cpu，也不需要cpu干預。

　　這個時候非同步就顯出它的優勢來了，比如讀檔案需要1s，如果是同步操作，那麼就有一個執行緒在等1s再往下執行。如果是非同步的，讀檔案的時候，這個執行緒就釋放了，等讀完檔案，硬碟通知cpu再派一個執行緒接著處理，那中間的1秒，原來的執行緒就可以去處理其他請求了。

4.程式碼對照說明

public class HomeController : Controller
    {
        /// <summary>
        /// 同步請求
        /// </summary>
        /// <param name="path"></param>
        /// <returns></returns>
        public string GetData()
        {
            var result = System.IO.File.ReadAllBytes(@"F:\package\package.rar");
            return "ok";
        }

        /// <summary>
        /// 非同步請求
        /// </summary>
        /// <param name="path"></param>
        /// <returns></returns>
        public async Task<string> GetDataAsync2()
        {
            var result = await System.IO.File.ReadAllBytesAsync(@"F:\package\package.rar");
            return "ok";
        }
    }

 

同步請求的流程為

 可以看出，硬碟在讀取檔案時，執行緒是在等待的，這時候執行緒1在這1s中是不工作的，空等狀態。

非同步請求的流程為

 非同步請求時，執行緒1遇到await關鍵字，發出命令就返回，然後釋放掉了，硬碟讀完資料會通知cpu，這時cpu派一個新的執行緒去接著處理，

因此，讀檔案的這1s，執行緒1可以去處理其它請求了，沒有空等，這就是提高了cpu的利用率，單位時間內處理的請求數就變大了。

 

cpu密集型的非同步是不能提高QPS的，下面程式碼就是cpu密集型的。

cpu密集型：計算密集型，硬碟、記憶體效能比cpu好很多，或不太需要訪問I/O裝置。

 　　　　/// <summary>
        /// 非同步請求
        /// </summary>
        /// <param name="path"></param>
        /// <returns></returns>
        public async Task<string> GetDataAsync2()
        {
            await Task.Run(() => {
                Thread.Sleep(100);//模擬業務處理耗時
            });
            return "ok";
        }

這裡前面主執行緒遇到await雖然釋放了，但await裡面又有一個執行緒接著工作，cpu（執行緒）並沒有空閒

I/O密集型中IO的操作有哪些呢？

檔案讀寫、http請求、資料庫請求、redis請求。。。等等。

 開發中哪些推薦用非同步呢？

Web開發推薦、有Async的API的，Action、Filter、資料庫訪問、中介軟體等等。。。

 

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