重新理解：ASP.NET 异步编程

Posted 2021-04-13 微软中国MSDN

本来这篇博文想探讨下异步中的异常操作，但自己在做异步测试的时候，又对 ASP.NET 异步有了新的认识，可以说自己之前对异步的理解还是有些问题，先列一下这篇博文的三个解惑点：

• async await 到底是什么鬼？？？
  

• 异步操作中发生异常，该如何处理？
  

• 异步操作中发生异常（有无 catch throw 情况），Application_Error 会不会捕获？

之前测试过异步中的同步（很多种情况），这次我们把测试代码写更复杂些（异步中再进行异步），代码如下：

[Route("")]
[HttpGet]
public async Task<string> Index()
{
  System.Diagnostics.Debug.WriteLine("Thread.CurrentThread.ManagedThreadId1:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
  var result = await Test();
  System.Diagnostics.Debug.WriteLine("Thread.CurrentThread.ManagedThreadId6:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
  return result;
}

public static async Task<string> Test()
{
  System.Diagnostics.Debug.WriteLine("Thread.CurrentThread.ManagedThreadId2:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
  using (var client = new HttpClient())
  {
      var response = await client.GetAsync("http://stackoverflow.com/questions/14996529/why-is-my-async-asp-net-web-api-controller-blocking-the-main-thread");
      await Test2();
      System.Diagnostics.Debug.WriteLine("Thread.CurrentThread.ManagedThreadId5:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
      return await response.Content.ReadAsStringAsync();
  }
}

public static async Task<string> Test2()
{
  System.Diagnostics.Debug.WriteLine("Thread.CurrentThread.ManagedThreadId3:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
  using (var client = new HttpClient())
  {
      var response = await client.GetAsync("http://stackoverflow.com/questions/33408905/pgadminiii-bug-on-query-tool");
      System.Diagnostics.Debug.WriteLine("Thread.CurrentThread.ManagedThreadId4:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
      return await response.Content.ReadAsStringAsync();
  }
}

输出结果（执行四次）：

Thread.CurrentThread.ManagedThreadId1:8
Thread.CurrentThread.ManagedThreadId2:8
Thread.CurrentThread.ManagedThreadId3:6
Thread.CurrentThread.ManagedThreadId4:6
Thread.CurrentThread.ManagedThreadId5:6
Thread.CurrentThread.ManagedThreadId6:6

Thread.CurrentThread.ManagedThreadId1:7
Thread.CurrentThread.ManagedThreadId2:7
Thread.CurrentThread.ManagedThreadId3:8
Thread.CurrentThread.ManagedThreadId4:7
Thread.CurrentThread.ManagedThreadId5:7
Thread.CurrentThread.ManagedThreadId6:7

Thread.CurrentThread.ManagedThreadId1:5
Thread.CurrentThread.ManagedThreadId2:5
Thread.CurrentThread.ManagedThreadId3:5
Thread.CurrentThread.ManagedThreadId4:6
Thread.CurrentThread.ManagedThreadId5:6
Thread.CurrentThread.ManagedThreadId6:6

Thread.CurrentThread.ManagedThreadId1:8
Thread.CurrentThread.ManagedThreadId2:8
Thread.CurrentThread.ManagedThreadId3:8
Thread.CurrentThread.ManagedThreadId4:8
Thread.CurrentThread.ManagedThreadId5:8
Thread.CurrentThread.ManagedThreadId6:8
这个测试方法，我执行了无数次，大致就是上面的四种情况，我当时看到输出结果，其实是很凌乱的，我也大家也一样，并心里有一些疑问：你这真是异步编程吗？为啥线程千奇百怪？并且最后那个还只有一个线程，这和同步有啥区别？？？

针对上面这个疑问，我想了很久，并对自己产生了一些质疑的声音：你每天都在写 async await 代码，你真的了解它吗？？？然后我又重新找到上面那篇 jesse liu 的博文，反复读了很多篇，最后终于有了一些“顿悟”，结合上面的测试代码，我大致画了一张示意图：

结合上面的图，我说一下自己的理解，在做测试的时候，HttpClient.GetAsync 尽量让它执行时间长些，比如请求的 URL 可以是 stackoverflow 或 github（原因你懂得！），因为有个时间差，这样我们可以更好的了解线程的执行情况，上面图中“线程1、线程1x、线程3x、线程4x”等等，这些并不是不同线程，也就是说线程1有可能等于线程1x或线程3x。。。从上面的输出结果就可以看出，用线程x来表示两个输出之间所经历的 await 次数，这就证明了一个疑惑：await 并不一定会创建和之前不一样的线程。

到底什么是异步？？？我个人觉得，async 异步是一个伪概念，await 等待才是精髓，一个线程可以响应多个请求，如果是同步编程，一个线程在处理某一个请求的时候阻塞了（比如上面测试代码中的 HttpClient.GetAsync 网络操作），那么这个线程就会一直等待它处理，在这个等待的过程中，那么其他请求就不能再使用这个线程，又因为 IIS 线程池中的线程数量有限，那么同步编程下，高并发将是一个头疼的问题，试想一下，如果线程池中的线程数量为 100 个，这 100 个线程在同时处理 100 个请求的时候，都悲催的阻塞掉了，这时候第 101 个请求将无法执行，那么并发量就是 100。

接上面，同样的处理过程，如果是异步编程，那将是什么情况呢？比如一个线程在处理某一个请求的时候，执行到 await 操作，那么这个线程将会释放回到线程池，然后进行等待，等待的过程中，原来的那个线程就可以处理其他请求或者这个请求的其他操作，注意等待并不是线程等待，而是操作等待，我原来就很不理解这个地方，如果是线程等待，就表示这个线程会一直等待它完成，那和同步编程就是一样的了，所以这种理解是错误的，你可以这样理解：await 等待的过程中，没有线程！！！

再接上面，等待操作完成之后，这时候就会从线程池中随机拿一个线程继续执行，拿到的这个线程有可能是 await 操作刚刚释放掉的，但也有可能是其他线程，上图中的 2-6 操作就是这样，一图胜千言：

了解了整个过程之后，你才会明白 async await 到底是什么鬼？以及它真正的用武之地是什么？简单总结几点内容：

• async 异步网络处理作用最明显（HttpClient 请求或数据库连接）：这个我们大家都很清楚，也很好理解，如果是其他操作，比如一个异步方法中你做了很多费时的计算，那这个异步将没什么效果，说白了和同步一样，而对于网络操作，我们一般不做处理，发起请求之后等待它完成就行，所以这时候执行到这的线程，可以释放并会到线程池中，网络操作执行完成之后，再从线程池中随机拿一个线程继续执行。
  

• async 异步并不是真正意义上的“异步”：什么意思呢？你仔细看下上面测试的输出结果，会发现 ManagedThreadId1-6 是顺序输出的，而不是先输出 ManagedThreadId4 再输出 ManagedThreadId3，所以，异步和同步的执行过程是一样的，并且一个请求下，执行时间也是一样的，上面的异步测试其实某种意义上，是测试不出任何东西的（从测试结果就可以看出），异步并不能减少你的执行时间，而是增加你的请求执行数量，这个东西说白了，其实就是并发量。
  

• async 异步的精髓是 await：这个之前已经提到了，准确来说，async 异步的精髓是 await 时的线程回收与完成之后的线程切换，这个操作最大的价值是，避免线程的浪费等待，充分利用线程的执行，有点类似于地主不能容忍奴隶闲着做无意义的事，而是希望他们 24 小时不停工作一样。

另外，在 ASP.NET 应用程序中，我们可以使用 Thread.CurrentThread 来访问当前的执行线程，我之前想做这样一个测试，让当前执行线程 Sleep 一段时间，看看其他线程会不会执行，但 Thread.CurrentThread 并没有 Sleep 方法，而必须这样访问 Thread.Sleep(int millisecondsTimeout)，如果这样执行这段代码，那么当前线程将会 Sleep，但其他线程并不会在它 Sleep 的时候，而继续执行，为什么？因为 CPU 在同一时间段内只能执行一个线程。

了解了 async await 到底是什么鬼后，博文一开始剩下的两个有关异步操作中的异常问题，现在理解起来就非常容易了：

• 异步操作中发生异常，该如何处理？：和同步一样处理，同步中报错，异步也一样报错，有人可能有这样的疑问，比如测试代码中的 Index Action，执行到 await Test 内部操作的时候，突然抛出异常了，然后就想当然的认为，既然是异步执行的 Test 方法，那 Index 应该不会影响吧？其实你执行之后就会发现，Index 页面还是会抛出异常的，所以异常和异步没半毛钱关系。
  

• 异步操作中发生异常（有无 catch throw 情况），Application_Error 会不会捕获？：无 catch，Application_Error 会捕获；有 catch 无 throw，Application_Error 不会捕获；有 catch 有 throw，Application_Error 会捕获。

如果我们想让某一个异步方法，在执行抛出异常的时候，而不影响其他异步方法，那我们就 catch 而不 throw，比如我们的测试代码：

[Route("")]
[HttpGet]
public async Task<string> Index()
{
  System.Diagnostics.Debug.WriteLine("Thread.CurrentThread.ManagedThreadId1:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
  var result = await Test();
  System.Diagnostics.Debug.WriteLine("Thread.CurrentThread.ManagedThreadId6:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
  return result;
}

public static async Task<string> Test()
{
  try
  {
      System.Diagnostics.Debug.WriteLine("Thread.CurrentThread.ManagedThreadId2:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
      using (var client = new HttpClient())
      {
          var response = await client.GetAsync("http://stackoverflow.com/questions/33408905/pgadminiii-bug-on-query-tool");
          System.Diagnostics.Debug.WriteLine("Thread.CurrentThread.ManagedThreadId3:" + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
          throw new Exception("test exception");//这里出现了异常
          return await response.Content.ReadAsStringAsync();
      }
  }
  catch (Exception ex)
  {
      System.Diagnostics.Debug.WriteLine("异常信息：" + ex.Message);
      return "";
      //throw ex;
  }
}
这样的效果就是 Index 页面不会报错，并且也不会影响其他方法执行，现在发现当时疑惑这个问题的时候，还蛮白痴的，还是那句话，异常和异步没半毛钱关系，相同的问题，同步也是这样进行处理的。

博文内容有点多，如果你不愿花时间看，可以直接记住这段话：如果你的应用程序请求访问很少（并发很小），异步和同步将是一样的效果，异步化改造是毫无意义的，而如果你的应用程序请求访问很多（并发很大），那么效果显而易见，如果使用异步将会为你省掉几台服务器的钱，但代码异步化并不能使你的应用程序执行速度加快（指的是代码执行速度），垃圾代码还是垃圾代码，并不会有任何的改善，所以，写好“好的代码”很重要！！！

---