作者: OneAPM
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[其他] 【发挥优势】充分发挥异步在 ASP.NET 中的强大优势

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OneAPM 发表于 2016-4-13 16:21:56 | 显示全部楼层 |阅读模式
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最近几年,异步编程受到极大关注,主要是出于两个关键原因:首先,它有助于提供更好的用户体验,因为不会阻塞 UI 线程,避免了处理结束前出现 UI 界面挂起。其次,它有助于大幅扩展系统,而且无需添加额外硬件。
但是,编写合适的异步代码来管理线程本身是项乏味的工作。虽然如此,其巨大好处让许多新旧技术纷纷开始使用异步编程。微软自发布了 .NET 4.0以后也对其投入颇多,随后在 .NET 4.5中引入了 async 和 await 关键字,使异步编程变得前所未有地简单。
但是,ASP.NET 中的异步功能自一开始就可以使用,只是从来没有得到应有的重视。而且,考虑到 ASP.NET 和 IIS 处理请求的方式,异步体现的优势可能更明显。通过异步,我们很容易就可以大幅提高 ASP.NET 应用程序的扩展性。随着新的编程结构引入,如 async 和 await 关键字,我们也应该学会使用异步编程的强大功能。
在本篇博文中,我们将讨论一下 IIS 和 ASP.NET 处理请求的方式,然后看看 ASP.NET 中哪些地方可以使用异步,最后再讨论几个最能体现异步优势的场景。

请求是如何处理的?
每个 ASP.NET 请求都要先通过 IIS,然后再由 ASP.NET 处理程序进行最终处理。 首先IIS 接收请求,初步处理后,发送给ASP.NET(必须是一个ASP.NET请求),然后由ASP.NET进行实际处理并生成响应,之后该响应通过IIS发回给客户。在IIS上,有一些工作进程负责从队列中取出请求,并执行IIS 模块,然后再将该请求发送到ASP.NET 队列。但是,ASP.NET本身不创建任何线程,也没有处理请求的线程池,而是通过使用CLR 线程池,从中获取线程来处理请求。因此,IIS 模块调用ThreadPool.QueueUserWorkItem,将请求排入队列,供CLR 工作线程处理。我们都知道,CLR线程池是由CLR管理,并且能够自动调整(也就是说,它根据需要创建和销毁进程)。这里还要记住,创建和销毁线程是项很繁重的任务,这就是为什么CLR线程池允许使用同一个线程处理多个任务。下面来看一个描述请求处理过程的图示。
在上图中可以看到,请求首先由 HTTP.sys接收,并添加到相应内核级应用程序池队列。然后,一个IIS工作线程从队列中取出请求,处理后将其传到ASP.NET 队列。注意,该请求如果不是一个ASP.NET请求,将从 IIS 自动返回。最后,从CLR线程池中分配一个线程,负责处理该请求。

ASP.NET中异步的使用场景是?
所有请求大致可以分为两类:
1. CPU Bound 类
2. I/O Bound 类
CPU Bound 类请求,需要 CPU 时间,而且是在同一进程中执行;而 I/O Bound 类请求,本身具有阻塞性,需要依赖其他模块执行 I/O 操作并返回响应。阻塞性请求是提高应用程序可伸缩性的主要障碍,而且大多数web应用程序中,在等待 I/O 操作的过程中浪费了大量时间。 因此以下场景适合使用异步:
  • I/O Bound 类请求,包括:
    a. 数据库访问
    b. 读/写文件
    c. Web 服务调用
    d. 访问网络资源
  • 事件驱动的请求,比如SignalR
  • 需要从多个数据源获取数据的场景

作为示例,这里创建一个简单的同步页面,然后再将它转换成异步页面。 本示例设置了1000ms的延迟(以模拟一些繁重的数据库或web服务调用等),而且还使用WebClient下载了一个页面,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;    }
现在将该页面转换成异步页面,这里主要涉及三个步骤:
  • 在页面指令中添加Async = true,将该页面转换成异步页面,如下所示:
    <%@ Page Language="C#" AutoEventWireup="true" CodeBehind="Home.aspx.cs" Inherits="AsyncTest.Home" Async="true" AsyncTimeout="3000" %>
这里还添加了 AsyncTimeout (可选项),请根据需求选择。
2.将此方法转换成异步方法。在这里把Thread.Sleep 与 client.DownloadString 转换成异步方法如下所示:
    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.现在可以直接在 Page_Load (页面加载)上调用此方法,使其异步,如下所示:
    protected async void Page_Load(object sender, EventArgs e)    {        await AsyncWork();    }
但是这里的 Page_Load 返回的类型是async void,这种情况无论如何都应该避免。我们知道,Page_Load 是整个页面生命周期的一部分,如果我们把它设置成异步,可能会出现一些异常情况和事件,比如生命周期已经执行完毕而页面加载仍在运行。 因此,强烈建议大家使用 RegisterAsyncTask 方法注册异步任务,这些异步任务会在生命周期的恰当时间执行,可以避免出现任何问题。
    protected void Page_Load(object sender, EventArgs e)    {        RegisterAsyncTask(new PageAsyncTask(AsyncWork));    }
现在,页面已经转换成了异步页,它就不再是一个阻塞性请求。
笔者在 IIS8.5 上部署了同步页面和异步页面,并使用突发负载对两者进行了测试。测试结果发现,相同的机器配置,同步页面在2-3秒内只能提取1000个请求,而异步页面能够为2200多个请求提供服务。此后,开始收到超时(Timeout)或服务器不可用(Server Not Available)的错误。虽然两者的平均请求处理时间没有多大差别,但是通过异步页面,可以处理两倍以上的请求。这足以证明异步编程功能强大,所以应该充分利用它的优势。
ASP.NET中还有几个地方也可以引入异步:
  • 编写异步模块
  • 使用IHttpAsyncHandler 或 HttpTaskAsyncHandler 编写异步HTTP处理程序
  • 使用web sockets 或 SignalR

结论
本篇博文中,我们讨论了异步编程,而且发现,新推出的async 和 await关键字,使异步编程变得十分简单。我们讨论的话题包括 IIS和ASP.NET如何处理请求,以及在哪些场景中异步的作用最明显。另外,我们还创建了一个简单示例,讨论了异步页面的优势。最后我们还补充了几个ASP.NET中可以使用异步的地方。
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