.Net Core中无处不在的Async/Await是如何提升性能的？

一、简介

Async/Await在.Net Core中真的是无处不在，到处都是异步操作，那为什么要用？有什么作用？别人说能提升性能？网上一堆文章看的绕晕了也没说清楚，

所以这里从理论，实践，原理一个个解开这些疑问。

二、Async/Await有什么用？

1.Async/Await用法示例

用法很简单，这里就不详细说具体怎么用了，只提供一个示例，我们的目标是研究它的作用。

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

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

 

 

2.async/await的特点

1）不会阻塞线程

从示例的执行顺序，可以看出，当执行async/await方法时，主线程遇到await关键字，主线程就返回执行“eee”，然后释放，而不是等待，新开了一个子线程6执行另外的业务，await前面的方法还是主线程执行，await后面的方法，等线程6执行完了再继续执行。

2）同步的方式写异步

虽然是用了异步，但还是等待执行结果再往下执行，执行流程是同步的。

3.async/await能提升性能吗？

这个应该是大家最关心的问题了。

能提升单个请求的性能吗？

答案是不能的。很明显看的到，await等待了结果再执行后面的逻辑，还是串行的，执行完该多少秒还是多少秒， 中间还切换线程去处理了，相比同步来说还多了切换线程的损耗。

那async/await的意义何在？

在于多请求并发处理，且资源有限的时候，能增加吞吐量（单位时间处理的请求），增加cpu的利用率。

简单说就是有10个线程，每个线程的速度没有提升，然后居然QPS能提升？！

先来看一段微软官网的描述

　　此模型可很好地处理典型的服务器方案工作负荷。由于没有专用于阻止未完成任务的线程，因此服务器线程池可服务更多的Web请求。

　　考虑使用两个服务器：一个运行异步代码，一个不运行异步代码。对于本例，每个服务器只有5个线程可用于服务器请求。此字数太小，不切实际，仅供演示。

　　假设这两个服务器都接收6个并发请求。每个请求执行一个I/O操作。未运行异步代码的服务器必须对第6个请求排队，直到5个线程中的一个完成了I/O密集型工作

并编写了响应。此时收到了第20个请求，由于队列过长，服务器可能会开始变慢。

　　运行有异步代码的服务器也需要对第6个请求排队，但由于使用了async和await，I/O密集型工作开始时，每个线程都会得到释放，无需等到工作结束。

收到第20个请求时，传入请求队列将变得很小（如果其中还有请求的话），且服务器不会慢。

　　尽管这是一个人为想象的示例，但现实世界中其工作方式与此类似。事实上，相比服务器将线程专用于接收到的每个请求，使用async和await能够使

服务器处理一个数量级的请求。

 

　　注意上面官网描述的I/O密集型。什么样的是I/O密集型呢？，就是cpu性能比硬盘内存好太多，大部分时间都是cpu在等IO的读写操作。例如读文件，读文件的时候是不需要cpu参与的，只需要发一个命令给硬盘，硬盘读完文件会再通知cpu继续处理，这种叫DMA技术。

　　DMA(Direct Memory Access，直接存储器访问) 是所有现代电脑的重要特色，它是指一种高速的数据传输操作，允许在外部设备和存储器之间直接读写数据，既不通过cpu，也不需要cpu干预。

　　这个时候异步就显出它的优势来了，比如读文件需要1s，如果是同步操作，那么就有一个线程在等1s再往下执行。如果是异步的，读文件的时候，这个线程就释放了，等读完文件，硬盘通知cpu再派一个线程接着处理，那中间的1秒，原来的线程就可以去处理其他请求了。

4.代码对照说明

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

        /// <summary>
        /// 异步请求
        /// </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";
        }
    }

 

同步请求的流程为

 可以看出，硬盘在读取文件时，线程是在等待的，这时候线程1在这1s中是不工作的，空等状态。

异步请求的流程为

 异步请求时，线程1遇到await关键字，发出命令就返回，然后释放掉了，硬盘读完数据会通知cpu，这时cpu派一个新的线程去接着处理，

因此，读文件的这1s，线程1可以去处理其它请求了，没有空等，这就是提高了cpu的利用率，单位时间内处理的请求数就变大了。

 

cpu密集型的异步是不能提高QPS的，下面代码就是cpu密集型的。

cpu密集型：计算密集型，硬盘、内存性能比cpu好很多，或不太需要访问I/O设备。

 　　　　/// <summary>
        /// 异步请求
        /// </summary>
        /// <param name="path"></param>
        /// <returns></returns>
        public async Task<string> GetDataAsync2()
        {
            await Task.Run(() => {
                Thread.Sleep(100);//模拟业务处理耗时
            });
            return "ok";
        }

这里前面主线程遇到await虽然释放了，但await里面又有一个线程接着工作，cpu（线程）并没有空闲

I/O密集型中IO的操作有哪些呢？

文件读写、http请求、数据库请求、redis请求。。。等等。

 开发中哪些推荐用异步呢？

Web开发推荐、有Async的API的，Action、Filter、数据库访问、中间件等等。。。