最近幾年，異步編程受到極大關(guān)注，主要是出于兩個關(guān)鍵原因：首先，它有助于提供更好的用戶體驗，因為不會阻塞 UI 線程，避免了處理結(jié)束前出現(xiàn) UI 界面掛起。其次，它有助于大幅擴展系統(tǒng)，而且無需添加額外硬件。
但是，編寫合適的異步代碼來管理線程本身是項乏味的工作。雖然如此，其巨大好處讓許多新舊技術(shù)紛紛開始使用異步編程。微軟自發(fā)布了 .NET 4.0以后也對其投入頗多，隨后在 .NET 4.5中引入了 async 和 await 關(guān)鍵字，使異步編程變得前所未有地簡單。
但是，ASP.NET 中的異步功能自一開始就可以使用，只是從來沒有得到應(yīng)有的重視。而且，考慮到 ASP.NET 和 IIS 處理請求的方式，異步體現(xiàn)的優(yōu)勢可能更明顯。通過異步，我們很容易就可以大幅提高 ASP.NET 應(yīng)用程序的擴展性。隨著新的編程結(jié)構(gòu)引入，如 async 和 await 關(guān)鍵字，我們也應(yīng)該學(xué)會使用異步編程的強大功能。
在本篇博文中，我們將討論一下 IIS 和 ASP.NET 處理請求的方式，然后看看 ASP.NET 中哪些地方可以使用異步，最后再討論幾個最能體現(xiàn)異步優(yōu)勢的場景。
請求是如何處理的?
每個 ASP.NET 請求都要先通過 IIS，然后再由 ASP.NET 處理程序進(jìn)行最終處理。 首先IIS 接收請求，初步處理后，發(fā)送給ASP.NET（必須是一個ASP.NET請求），然后由ASP.NET進(jìn)行實際處理并生成響應(yīng)，之后該響應(yīng)通過IIS發(fā)回給客戶。在IIS上，有一些工作進(jìn)程負(fù)責(zé)從隊列中取出請求，并執(zhí)行IIS 模塊，然后再將該請求發(fā)送到ASP.NET 隊列。但是，ASP.NET本身不創(chuàng)建任何線程，也沒有處理請求的線程池，而是通過使用CLR 線程池，從中獲取線程來處理請求。因此，IIS 模塊調(diào)用ThreadPool.QueueUserWorkItem，將請求排入隊列，供CLR 工作線程處理。我們都知道，CLR線程池是由CLR管理，并且能夠自動調(diào)整（也就是說，它根據(jù)需要創(chuàng)建和銷毀進(jìn)程）。這里還要記住，創(chuàng)建和銷毀線程是項很繁重的任務(wù)，這就是為什么CLR線程池允許使用同一個線程處理多個任務(wù)。下面來看一個描述請求處理過程的圖示。
在上圖中可以看到，請求首先由 HTTP.sys接收，并添加到相應(yīng)內(nèi)核級應(yīng)用程序池隊列。然后，一個IIS工作線程從隊列中取出請求，處理后將其傳到ASP.NET 隊列。注意，該請求如果不是一個ASP.NET請求，將從 IIS 自動返回。最后，從CLR線程池中分配一個線程，負(fù)責(zé)處理該請求。
ASP.NET中異步的使用場景是？
所有請求大致可以分為兩類：
- CPU Bound 類
- I/O Bound 類
CPU Bound 類請求，需要 CPU 時間，而且是在同一進(jìn)程中執(zhí)行；而 I/O Bound 類請求，本身具有阻塞性，需要依賴其他模塊執(zhí)行 I/O 操作并返回響應(yīng)。阻塞性請求是提高應(yīng)用程序可伸縮性的主要障礙，而且大多數(shù)web應(yīng)用程序中，在等待 I/O 操作的過程中浪費了大量時間。 因此以下場景適合使用異步：
-
I/O Bound 類請求，包括：
a. 數(shù)據(jù)庫訪問
b. 讀/寫文件
c. Web 服務(wù)調(diào)用
d. 訪問網(wǎng)絡(luò)資源
事件驅(qū)動的請求，比如SignalR
需要從多個數(shù)據(jù)源獲取數(shù)據(jù)的場景
作為示例，這里創(chuàng)建一個簡單的同步頁面，然后再將它轉(zhuǎn)換成異步頁面。 本示例設(shè)置了1000ms的延遲（以模擬一些繁重的數(shù)據(jù)庫或web服務(wù)調(diào)用等），而且還使用WebClient下載了一個頁面，如下所示：
protected void Page_Load(object sender, EventArgs e)
{
System.Threading.Thread.Sleep(1000);
WebClient client = new WebClient();
string downloadedContent = client.DownloadString("https://msdn.microsoft.com/en-us/library/hh873175%28v=vs.110%29.aspx");
dvcontainer.InnerHtml = downloadedContent;
}
現(xiàn)在將該頁面轉(zhuǎn)換成異步頁面，這里主要涉及三個步驟：
-
在頁面指令中添加Async = true，將該頁面轉(zhuǎn)換成異步頁面，如下所示:
<%@ Page Language="C#" AutoEventWireup="true" CodeBehind="Home.aspx.cs" Inherits="AsyncTest.Home" Async="true" AsyncTimeout="3000" %>
這里還添加了 AsyncTimeout （可選項），請根據(jù)需求選擇。
2.將此方法轉(zhuǎn)換成異步方法。在這里把Thread.Sleep 與 client.DownloadString 轉(zhuǎn)換成異步方法如下所示：
private async Task AsyncWork()
{
await Task.Delay(1000);
WebClient client = new WebClient();
string downloadedContent = await client.DownloadStringTaskAsync("https://msdn.microsoft.com/en-us/library/hh873175%28v=vs.110%29.aspx ");
dvcontainer.InnerHtml = downloadedContent;
}
3.現(xiàn)在可以直接在 Page_Load （頁面加載）上調(diào)用此方法，使其異步，如下所示:
protected async void Page_Load(object sender, EventArgs e)
{
await AsyncWork();
}
但是這里的 Page_Load 返回的類型是async void，這種情況無論如何都應(yīng)該避免。我們知道，Page_Load 是整個頁面生命周期的一部分，如果我們把它設(shè)置成異步，可能會出現(xiàn)一些異常情況和事件，比如生命周期已經(jīng)執(zhí)行完畢而頁面加載仍在運行。 因此，強烈建議大家使用 RegisterAsyncTask 方法注冊異步任務(wù)，這些異步任務(wù)會在生命周期的恰當(dāng)時間執(zhí)行，可以避免出現(xiàn)任何問題。
protected void Page_Load(object sender, EventArgs e)
{
RegisterAsyncTask(new PageAsyncTask(AsyncWork));
}
現(xiàn)在，頁面已經(jīng)轉(zhuǎn)換成了異步頁，它就不再是一個阻塞性請求。
筆者在 IIS8.5 上部署了同步頁面和異步頁面，并使用突發(fā)負(fù)載對兩者進(jìn)行了測試。測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相同的機器配置，同步頁面在2-3秒內(nèi)只能提取1000個請求，而異步頁面能夠為2200多個請求提供服務(wù)。此后，開始收到超時（Timeout）或服務(wù)器不可用（Server Not Available）的錯誤。雖然兩者的平均請求處理時間沒有多大差別，但是通過異步頁面，可以處理兩倍以上的請求。這足以證明異步編程功能強大，所以應(yīng)該充分利用它的優(yōu)勢。
ASP.NET中還有幾個地方也可以引入異步：
- 編寫異步模塊
- 使用IHttpAsyncHandler 或 HttpTaskAsyncHandler 編寫異步HTTP處理程序
- 使用web sockets 或 SignalR
結(jié)論
本篇博文中,我們討論了異步編程，而且發(fā)現(xiàn)，新推出的async 和 await關(guān)鍵字，使異步編程變得十分簡單。我們討論的話題包括 IIS和ASP.NET如何處理請求，以及在哪些場景中異步的作用最明顯。另外，我們還創(chuàng)建了一個簡單示例，討論了異步頁面的優(yōu)勢。最后我們還補充了幾個ASP.NET中可以使用異步的地方。
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