async 与 await 在 Web 下的应用

原文地址：http://www.dozer.cc/2012/03/async-and-await-in-web-application/

欢迎大家到我的博客中查看，排版会更舒服一点！

 

.net 中的异步

关于 .net 的异步，一篇文章是讲不完的，我这里就贴两篇文章让大家看一下：

《正确使用异步操作》、《C#客户端的异步操作》、《细说ASP.NET的各种异步操作》

另外，在 .net 4.0 中还推出了新的任务并行库（TPL），也是一种新异步模式：

《任务并行库》

最后，.net 4.5 又推出了全新的 async 和 await 关键字：

《C#与Visual Basic的未来（上）》

《C#与Visual Basic的未来（中）》

《C#与Visual Basic的未来（下）》 

最后，在这几篇文章的基础上，想和大家谈谈 async 和 await 在 Web 下的应用，包括 WebForm 和 MVC。

 

async 与 await 的简单介绍

仔细看完老赵的《C#与Visual Basic的未来》大家应该都能明白这两个关键字的作用是什么了。

 

适用条件：只能适用于TPL异步模式

传统的方法返回的就是需要返回的内容，而基于TPL模式的异步，返回的都是 Task<T>，其中的 T 类型就是你需要返回内容的类型。

在 Visual Studio 11 中，只要你调用的某个方法返回的类型是 Task 或者 Task<T>，它就会提示这是一个可等待的方法。

这时候，就可以利用 async 和 await 关键字了。

 

场景：解决基于事件的异步中回调函数嵌套使用中的问题

假设有这样一个场景，一个 C# 应用程序中（WinForm Or WPF）我需要从一个网站上下载一个内容，然后再根据内容里的网址再下载里面的内容。

如果直接利用 WebClient 的 DownloadString 方法，很明显 UI 线程会被阻塞，没人会这么做。

如果只是一次下载，那利用 WebClient 的 DownloadStringAsync 就可以轻松解决了，但是如果是想这样需要两次下载，而且两次下载是有关联的呢？如果是三次四次呢？

我们先来看看用基于事件的异步来实现：

protected void DownloadAsync()
{
    WebClient client = new WebClient();
    client.DownloadStringCompleted += client_DownloadStringCompleted;
    client.DownloadStringAsync(new Uri("http://www.website.com"));
}
void client_DownloadStringCompleted(object sender, DownloadStringCompletedEventArgs e)
{
    WebClient client = new WebClient();
    client.DownloadStringCompleted+=client_DownloadStringCompleted2;
    client.DownloadStringAsync(new Uri(e.Result));
}
void client_DownloadStringCompleted2(object sender, DownloadStringCompletedEventArgs e)
{
    var result = e.Result;//最终结果
    //do more
}

下面再来看看用 async 和 await 来实现：

protected async void DownloadTaskAsync() {
    WebClient client = new WebClient();
    var result1 = await client.DownloadStringTaskAsync("http://www.website.com");
    WebClient client2 = new WebClient();
    var result2 = await client.DownloadStringTaskAsync(result1);
    //do more
}

是不是简单多了？

 

在 WebForm 和 MVC 中使用 async 和 await

在 .net 4.5 中，最新的 WebForm 和 MVC 都已经支持这两个关键字了。

在 asp.net WebForm 中：

  1. 首先新建一个页面
  2. 打开 aspx 文件，然后再顶部的属性中加入：Async="true"
  3. 接下来在任何一个事件中，加入这两个关键字即可
  4. 另外在 Web.Config 中有两个奇怪的配置，有可能会导致出错，去掉有正常，这两个配置具体有什么用，我已经在 StackOverFlow 上问别人了
protected async void Page_Load(object sender, EventArgs e)
{
    WebClient client = new WebClient();
    var result1 = await client.DownloadStringTaskAsync("http://www.website.com");
    WebClient client2 = new WebClient();
    var result2 = await client.DownloadStringTaskAsync(result1);
    //do more
}

在 asp.net MVC 中：

把原来继承于 Controller 改成继承于 AsyncController

在方法前加上 async，并把返回类型改成 Task<T>

public class HomeController : AsyncController
{
    public async Task<ActionResult> Test()
    {
        var result = await Task.Run(() =>
        {
            Thread.Sleep(5000);
            return "hello";
        });
        return Content(result);
    }
}

 在 IHttpHandlder 中：

微软官方的 .net 4.5 releace note 中已经提到了：

public class MyAsyncHandler : HttpTaskAsyncHandler
{
    // ...

    // ASP.NET automatically takes care of integrating the Task based override
    // with the ASP.NET pipeline.
    public override async Task ProcessRequestAsync(HttpContext context)
    {
        WebClient wc = new WebClient();
        var result = await
            wc.DownloadStringTaskAsync("http://www.microsoft.com");
        // Do something with the result
    }
}

 在 IHttpModule 中：

同样是微软官方的 .net 4.5 releace note 中，实现起来有点复杂，大家可以自己去看看。

 

在 Web 应用程序中使用 async 和 await 的注意事项

其实不仅仅是使用这两个关键字的注意事项，而是在 Web 中只要用到了异步页，就要注意一下问题！

Web 本来就是多线程的，为什么还要用异步编程？

多线程只是实现异步的一种手段，的确，Web 本来就是多线程的，所以在很多时候不用异步也没什么问题。一般也不会有问题，只是有更好的方案。

大家看完《正确使用异步操作》后就会知道，异步有多种实现方式，但是它们底层只有两种类型，一种是：“Compute-Bound Operation”，另一种是“IO-Bound Operation”。（具体的可以到文中查看）

在 Web 中，使用异步去处理“Compute-Bound Operation”是没有意义的，因为 Web 本来就是多线程的，这样做没有任何效率上的提升。（除非你在处理这个异步的时候，不需要等待这个异步执行结束就可以返回页面内容）

所以，在 Web 中，只有当你需要面对“IO-Bound Operation”的时候，去用异步页才是真的有用的。因为它是在等待磁盘或者网络响应，并不占据资源，甚至不占据工作线程。

如何区分呢？那篇文章中已经写了，另外，大部分和磁盘&网络打交道的异步操作都是“IO-Bound Operation”的。

但是，如果你真的想要提升效率，还需要你亲自去测试一下，因为要实现“IO-Bound Operation”有一定的条件。

WebClient、WebService 和 WCF 支持吗？

经过测试，上面这三种 Web 应用程序中使用最多的，是支持“IO-Bound Operation”的。其中，在 .net 4.5 中，WebClient 和 WCF 可以直接支持 async 和 await 关键字。（因为它们有相关的方法可以返回 Task 对象）

而 WebService（微软不建议使用，但实际上还在被大量的应用），却不支持，但是可以通过写一些代码后让它支持。

数据库操作支持吗？

经过一定的配置后，它是可以支持的，但是具体的还需要进行大量的测试，毕竟不是调用几个方法那么简单。

 

如何把传统的异步模式转换成 TPL 模式，以实现 async 和 await

上面提到了 WebService 并没有实现 TPL 模式，在 .net 4.5 中引用 WebService 后实现的是基于事件的异步。

（.net 2.0 以上程序在引用 WebService 的时候，需要点“添加服务引用”——“高级”——“添加Web引用”，如果直接在服务引用中添加，会出现一定的问题。并且，就算你添加了，它也没有帮你实现基于 TPL 的异步。）

如何把 APM 模式转换成 TPL 模式？

其实微软在这篇文章中已经写过如何把传统的异步模式转换成 TPL 模式了：TPL 和传统 .NET 异步编程

其中 APM 转 TPL 比较简单，我就不多介绍了。

 

如何把 EAP 模式转换成 TPL 模式？

EAP 就是基于事件的异步，上面那篇文章中其实也提到了，但是写的并不是很清楚。

下面我用一段简化的代码来实现 EAP 转 TPL：

namespace WebServiceAdapter.MyWebService
{
    public partial class WebService
    {
        /// <summary>
        /// 无 CancellationToken 的调用
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public Task<string> HelloWorldTaskSync()
        {
            return HelloWorldTaskSync(new CancellationToken());
        }

        /// <summary>
        /// 有 CancellationToken 的调用
        /// </summary>
        /// <param name="token"></param>
        /// <returns></returns>
        public Task<string> HelloWorldTaskSync(CancellationToken token)
        {
            TaskCompletionSource<string> tcs = new TaskCompletionSource<string>();

            token.Register(() =>
            {
                //注册 CancellationToken
                this.CancelAsync(null);
            });

            //注册完成事件
            this.HelloWorldCompleted += (object sender, HelloWorldCompletedEventArgs args) =>
            {
                if (args.Cancelled == true)
                {
                    tcs.TrySetCanceled();
                    return;
                }
                else if (args.Error != null)
                {
                    tcs.TrySetException(args.Error);
                    return;
                }
                else
                {
                    tcs.TrySetResult(args.Result);
                }
            };

            //异步调用
            this.HelloWorldAsync();

            //返回 Task
            return tcs.Task;
        }
    }
}

转换好后再去配合使用 async 和 await 关键字就方便多了：

protected async void Page_Load(object sender, EventArgs e)
{
    using (WebService service = new WebService())
    {
        await service.HelloWorldTaskSync();
    }
}

 

性能测试

前期准备：

理论和实际代码都讲完了，是不是该拿出点东西来验证一下了？

在做性能测试的时候我绕了很多弯路，碰到了很多问题，一度让我怀疑它是不是真的可以提升性能。

但最终还是解决了！感谢老赵的一篇文章：体会ASP.NET异步处理请求的效果

 

异步页最大的用处就是在处理“IO-Bound Operation”的时候可以不占据工作线程。

测试的理论：

  • 限制网站应用程序的工作线程，然后同时请求一个页面，请求数大于工作线程数。
  • 请求的页面会访问一个 WebService ，这个 WebService 会延迟5秒，对于网站来说，这个5秒就是“IO-Bound Operation”。
  • 如果限制了工作线程数后，异步页所有请求都可以在5秒完成，那说明的确没有占据工作线程。反之则说明理论错误！

 

我一开始限制的工作线程是10，然后同时请求50，但是无论是异步页还是同步页，总耗时都差不多…

后来仔细看老赵的文章才发现，原来在 Vista & Win7 中最大请求数被限制在10了，所以多于10的请求根本没到达网站应用程序。

最后我把工作线程限制在2，然后同时请求10，终于得到了正确的理论数据！

 

工具准备：

我这里用的工具是 apache 下那只的 ab.exe，简单好用！

另外我也写了相关的代码来支持测试。

 

开始测试：

运行 WebService，提供一个会延时5秒的服务。

然后运行网站，有三个页面：

  • NoAsyncPage.aspx ：传统的页面
  • AsyncPage_IO.aspx：异步页面，和传统页面一样，都是调用 WebService ，但是是用异步调用
  • AsyncPage_CPU.aspx：为了验证在异步中执行“Compute-Bound Operation”是没有意义的

 

在CMD中，依次用 ab.exe 调用这三个页面：

ab -c 10 -n 10 http://localhost:6360/noasyncpage.aspx
ab -c 10 -n 10 http://localhost:6360/asyncpage_io.aspx
ab -c 10 -n 10 http://localhost:6360/asyncpage_cpu.aspx

 

最终运行结果如下：

  • NoAsyncPage.aspx ：26.39秒
  • AsyncPage_IO.aspx：5.29秒
  • AsyncPage_CPU.aspx：26.54秒

 

数据分析：

仔细分析下数据，会发现都符合理论：

  • NoAsyncPage.aspx ：没有采用异步，2个工作线程，10个请求，总事件在10*5/2=25左右。
  • AsyncPage_IO.aspx：采用异步页，不占据工作线程，10个请求同时执行。
  • AsyncPage_CPU.aspx：虽然采用了异步页，但是异步的时候依然占据了一个工作线程，而且还多了一些新建线程，切换线程的损耗。

 

最终结果非常让人满意，特别是AsyncPage_IO.aspx，如果我们把访问量大，并且需要等在磁盘或者是网络的页面都改写成这样，那可以大大减少IIS管线的消耗！

 

源代码和工具下载

AsyncSample

请用 Visual Studio 11 打开

posted @ 2012-03-06 19:39  Dozer  阅读(6190)  评论(6)  编辑  收藏  举报