充分發揮異步在 ASP.NET 中的強大優勢

作者：Brij Bhushan Mishra

最近幾年，異步編程受到極大關注，主要是出于兩個關鍵原因：首先，它有助于提供更好的用戶體驗，因為不會阻塞 UI 線程，避免了處理結束前出現 UI 界面掛起。其次，它有助于大幅擴展系統，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紛紛開始使用異步編程。微軟自發布了 .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有的重視。而且，考慮到 ASP.NET 和 IIS 處理請求的方式，異步體現的優勢可能更明顯。通過異步，我們很容易就可以大幅提高 ASP.NET 應用程序的擴展性。隨著新的編程結構引入，如 async 和 await 關鍵字，我們也應該學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異步優勢的場景。

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 處理程序進行最終處理。 首先IIS 接收請求，初步處理后，發送給ASP.NET（必須是一個ASP.NET請求），然后由ASP.NET進行實際處理并生成響應，之后該響應通過IIS發回給客戶。在IIS上，有一些工作進程負責從隊列中取出請求，并執行IIS 模塊，然后再將該請求發送到ASP.NET 隊列。但是，ASP.NET本身不創建任何線程，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，并且能夠自動調整（也就是說，它根據需要創建和銷毀進程）。這里還要記住，創建和銷毀線程是項很繁重的任務，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。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，并添加到相應內核級應用程序池隊列。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，負責處理該請求。

ASP.NET中異步的使用場景是？

所有請求大致可以分為兩類： 
1. CPU Bound 類 
2. I/O Bound 類

CPU Bound 類請求，需要 CPU 時間，而且是在同一進程中執行；而 I/O Bound 類請求，本身具有阻塞性，需要依賴其他模塊執行 I/O 操作并返回響應。阻塞性請求是提高應用程序可伸縮性的主要障礙，而且大多數web應用程序中，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：

1. I/O Bound 類請求，包括：

   a. 數據庫訪問

   b. 讀/寫文件

   c. Web 服務調用

   d. 訪問網絡資源

2. 事件驅動的請求，比如SignalR

3. 需要從多個數據源獲取數據的場景

作為示例，這里創建一個簡單的同步頁面，然后再將它轉換成異步頁面。 本示例設置了1000ms的延遲（以模擬一些繁重的數據庫或web服務調用等），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;

    }

現在將該頁面轉換成異步頁面，這里主要涉及三個步驟：

1. 在頁面指令中添加Async = true，將該頁面轉換成異步頁面，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），請根據需求選擇。

2.將此方法轉換成異步方法。在這里把Thread.Sleep 與 client.DownloadString 轉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.現在可以直接在 Page_Load （頁面加載）上調用此方法，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，如果我們把它設置成異步，可能會出現一些異常情況和事件，比如生命周期已經執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，這些異步任務會在生命周期的恰當時間執行，可以避免出現任何問題。

    protected void Page_Load(object sender, EventArgs e)
    {
        RegisterAsyncTask(new PageAsyncTask(AsyncWork));
    }

現在，頁面已經轉換成了異步頁，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，并使用突發負載對兩者進行了測試。測試結果發現，相同的機器配置，同步頁面在2-3秒內只能提取1000個請求，而異步頁面能夠為2200多個請求提供服務。此后，開始收到超時（Timeout）或服務器不可用（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，所以應該充分利用它的優勢。

ASP.NET中還有幾個地方也可以引入異步：

1. 編寫異步模塊

2. 使用IHttpAsyncHandler 或 HttpTaskAsyncHandler 編寫異步HTTP處理程序

3. 使用web sockets 或 SignalR

結論

本篇博文中,我們討論了異步編程，而且發現，新推出的async 和 await關鍵字，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，我們還創建了一個簡單示例，討論了異步頁面的優勢。最后我們還補充了幾個ASP.NET中可以使用異步的地方。

本文系 OneAPM 工程師編譯呈現。OneAPM 能助您輕松鎖定 .NET 應用性能瓶頸，通過強大的 Trace 記錄逐層分析，直至鎖定行級問題代碼。以用戶角度展示系統響應速度，以地域和瀏覽器維度統計用戶使用情況。想閱讀更多技術文章，請訪問OneAPM 官方博客。

原文地址：http://www.infragistics.com/community/blogs/brijmishra/archive/2015/10/28/leveraging-the-power-of-asynchrony-in-asp-net.aspx

本文轉自 OneAPM 官方博客