关于C#中async/await中的异常处理（下）-（转载）

上一篇文章里我们讨论了某些async/await的用法中出现遗漏异常的情况，并且谈到该如何使用WhenAll辅助方法来避免这种情况。WhenAll辅助方法将会汇总一系列的任务对象，一旦其中某个出错，则会抛出“其中一个”异常。那么究竟是哪个异常？如果我们要处理所有的异常怎么办？我们这次就来详细讨论await操作在异常分派时的相关行为。

 

 

await抛出异常时的行为

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要理解await的行为，还是从理解Task对象的异常表现开始。Task对象有一个Exception属性，类型为AggregateException，在执行成功的情况下该属性返回null，否则便包含了“所有”出错的对象。既然是AggregateException，则意为着可能包含多个子异常，这种情况往往会在任务的父子关系中出现，具体情况可以参考MSDN中的相关说明。在许多情况下一个Task内部只会出现一个异常，此时这个AggregateException的InnerExceptions属性自然也就只一个元素。

 

Task对象本身还有一个Wait方法，它会阻塞当前执行代码，直到任务完成。在出现异常的时候，它会将自身的AggregateException抛出：

try
{
    t.Wait();
}
catch (AggregateException ex)
{
    ...
}

Wait方法是“真阻塞”，而await操作则是使用阻塞语义的代码实现非阻塞的效果，这个区别一定要分清。与Wait方法不同的是，await操作符效果并非是“抛出”Task对象上的Exception属性，而只是抛出这个AggregateException对象上的“其中一个”元素。我在内部邮件列表中询问这么做的设计考虑，C#开发组的同学回答道，这个决策在内部也经历了激烈的争论，最终的选择这种方式而不是直接抛出Task对象上的AggregateException是为了避免编写出冗余的代码，并让代码与传统同步编程习惯更为接近。

他们举了一个简单的示例，假如一个Task对象t可能抛出两种异常，现在的错误捕获方式为：

try
{
    await t1;
}
catch (NotSupportedException ex)
{
    ...
}
catch (NotImplementedException ex)
{
    ...
}
catch (Exception ex)
{
    ...
}

假如await操作抛出的是AggregateException，那么代码就必须写为：

try
{
    await t1;
}
catch (AggregateException ex)
{
    var innerEx = ex.InnerExceptions[0];

    if (innerEx is NotSupportedException)
    {
        ...
    }
    else if (innerEx is NotImplementedException)
    {
        ...
    }
    else
    {
        ...
    }
}

显然前者更贴近传统的同步编程习惯。但是问题在于，如果这个Task中包含了多个异常怎么办？之前的描述是抛出“其中一个”异常，对于开发者来说，“其中一个”这种模糊的说法自然无法令人满意，但事实的确如此。从内部邮件列表中的讨论来看，C#开发团队提到他们“故意”不提供文档说明究竟会抛出哪个异常，因为他们并不想做出这方面的约束，因为这部分行为一旦写入文档，便成为一个规定和限制，为了类库的兼容性今后也无法对此做出修改。

他们也提到，如果单论目前的实现，await操作会从Task.Exception.InnerExceptions集合中挑出第一个异常，并对外“抛出”，这是System.Runtime.CompilerServices.TaskAwaiter类中定义的行为。但是既然这并非是“文档化”的固定行为，开发人员也尽量不要依赖这点。

 

 

WhenAll的异常汇总方式

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其实这个话题跟async/await的行为没有任何联系，WhenAll返回的是普通的Task对象，TaskAwaiter也丝毫不关心当前等待的Task对象是否来自于WhenAll，不过既然WhenAll是最常用的辅助方法之一，也顺便将其讲清楚吧。

WhenAll得到Task对象，其结果是用数组存放的所有子Task的结果，而在出现异常时，其Exception属性返回的AggregateException集合会包含所有子Task中抛出的异常。请注意，每个子Task中抛出的异常将会存放在它自身的AggregateException集合中，WhenAll返回的Task对象将会“按顺序”收集各个AggregateException集合中的元素，而并非收集每个AggregateException对象。

我们使用一个简单的例子来理解这点：

Task all = null;
try
{
    await (all = Task.WhenAll(
        Task.WhenAll(
            ThrowAfter(3000, new Exception("Ex3")),
            ThrowAfter(1000, new Exception("Ex1"))),
        ThrowAfter(2000, new Exception("Ex2"))));
}
catch (Exception ex)
{
    ...
}

这段代码使用了嵌套的WhenAll方法，总共会出现三个异常，按其抛出的时机排序，其顺序为Ex1，Ex2及Ex3。那么请问：

1. catch语句捕获的异常是哪个？
2. all.Exception这个AggregateException集合中异常按顺序是哪些？

结果如下：

1. catch语句捕获的异常是Ex3，因为它是all.Exception这个AggregateException集合中的第一个元素，但还是请牢记这点，这只是当前TaskAwaiter所实现的行为，而并非是由文档规定的结果。
2. all.Exception这个AggregateException集合中异常有三个，按顺序是Ex3，Ex1和Ex2。WhenAll得到的Task对象，是根据输入的Task对象顺序来决定自身AggreagteException集合中异常对象的存放顺序。这个顺序跟异常的抛出时机没有任何关系。

这里我们也顺便可以得知，如果您不想捕获AggregateException集合中的“其中一个”异常，而是想处理所有异常的话，也可以写这样的代码：

Task all = null;
try
{
    await (all = Task.WhenAll(
        ThrowAfter(1000, new Exception("Ex1")),
        ThrowAfter(2000, new Exception("Ex2"))));
}
catch
{
    foreach (var ex in all.Exception.InnerExceptions)
    {
        ...
    }
}

当然，这里使用Task.WhenAll作为示例，是因为这个Task对象可以明确包含多个异常，但并非只有Task.WhenAll返回的Task对象才可能包含多个异常，例如Task对象在创建时指定了父子关系，也会让父任务里包含各个子任务里出现的异常。

 

 

假如异常未被捕获

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最后再来看一个简单的问题，我们一直在关注一个async方法中“捕获”异常的行为，假如异常没有成功捕获，直接对外抛出的时候，对任务本身的有什么影响呢？且看这个示例：

static async Task SomeTask()
{
    try
    {
        await Task.WhenAll(
            ThrowAfter(2000, new NotSupportedException("Ex1")),
            ThrowAfter(1000, new NotImplementedException("Ex2")));
    }
    catch (NotImplementedException) { }
}

static void Main(string[] args)
{
    _watch.Start();

    SomeTask().ContinueWith(t => PrintException(t.Exception));

    Console.ReadLine();
}

这段代码的输出结果是：

System.AggregateException: One or more errors occurred. ---> System.NotSupportedException: Ex1
   at AsyncErrorHandling.Program.d__0.MoveNext() in ...\Program.cs:line 16
--- End of stack trace from previous location where exception was thrown ---
   at System.Runtime.CompilerServices.TaskAwaiter.ThrowForNonSuccess(Task task)
   at System.Runtime.CompilerServices.TaskAwaiter.HandleNonSuccessAndDebuggerNotification(Task task)
   at System.Runtime.CompilerServices.TaskAwaiter.GetResult()
   at AsyncErrorHandling.Program.d__3.MoveNext() in ...\Program.cs:line 30
   --- End of inner exception stack trace ---
---> (Inner Exception #0) System.NotSupportedException: Ex1
   at AsyncErrorHandling.Program.d__0.MoveNext() in ...\Program.cs:line 16
--- End of stack trace from previous location where exception was thrown ---
   at System.Runtime.CompilerServices.TaskAwaiter.ThrowForNonSuccess(Task task)
   at System.Runtime.CompilerServices.TaskAwaiter.HandleNonSuccessAndDebuggerNotification(Task task)
   at System.Runtime.CompilerServices.TaskAwaiter.GetResult()
   at AsyncErrorHandling.Program.d__3.MoveNext() in ...\Program.cs:line 30<---

AggregateException的打印内容不那么容易读，我们可以关注它Inner Exception #0这样的信息。从时间上说，Ex2先于Ex1抛出，而catch的目标是NotImplementedException。但从之前的描述我们可以知道，WhenAll返回的Task内部的异常集合，与各异常抛出的时机没有关系，因此await操作符抛出的是Ex1，是NotSupportedException，而它不会被catch到，因此SomeTask返回的Task对象也会包含这个异常——也仅仅是抛出这个异常，而Ex2对于外部就不可见了。

如果您想在外部处理所有的异常，则可以这样：

Task all = null;
try
{
    await (all = Task.WhenAll(
        ThrowAfter(2000, new NotSupportedException("Ex1")),
        ThrowAfter(1000, new NotImplementedException("Ex2"))));
}
catch
{
    throw all.Exception;
}

此时打印的结果便是一个AggregateException包含着另一个AggregateException，其中包含了Ex1和Ex2。为了“解开”这种嵌套关系，AggregateException也提供了一个Flatten方法，可以将这种嵌套完全“铺平”，例如：

SomeTask().ContinueWith(t => PrintException(t.Exception.Flatten()));

此时打印的结果便直接是一个AggregateException包含着Ex1与Ex2了。

 

 

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关于C#中async/await中的错误处理（上）
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