Тонкости асинхронного программирования

1 © L

uxof

t Tra

inin

g 20

13

06 июля 2013

Тонкости асинхронного программирования

Dev Labs

2 © L

uxof

t Tra

inin

g 20

13

Эволюция языка C#

3 © L

uxof

t Tra

inin

g 20

13

Sync vs Async

SynchronousPerform something here and now.I’ll regain control to execute something else when it’s done.

4 © L

uxof

t Tra

inin

g 20

13

Sync vs Async

Caller Srv

Foo

42

Caller Srv

Operation finishedResult: 42

FooAsync

Operation Started

Bckgn

Starting background operation

Notifies

t

t

t0

Sync vs Async

5 © L

uxof

t Tra

inin

g 20

13

Sync vs Async

var webRequest = WebRequest.Create(Url); using (var response = webRequest.GetResponse()) { using (var file = new FileStream(FileName, FileMode.OpenOrCreate)) { var length = response.ContentLength; var textWriter = new StreamWriter(file); textWriter.Write(length.ToString()); textWriter.Close(); } }

6 © L

uxof

t Tra

inin

g 20

13

Sync vs Async (2)

var webRequest = WebRequest.Create(Url); using (var response = await webRequest.GetResponseAsync()) { using (var file = new FileStream(FileName, FileMode.OpenOrCreate)) { var length = response.ContentLength; var textWriter = new StreamWriter(file); await textWriter.WriteAsync(length.ToString()); textWriter.Close(); } }

7 © L

uxof

t Tra

inin

g 20

13

Demo – sync 2 async

8 © L

uxof

t Tra

inin

g 20

13

Если вы думаете, что асинхронное программирование

стало проще!

9 © L

uxof

t Tra

inin

g 20

13

Копайте в глубь!

Все нетривиальные абстракции дырявыДжоэл Спольски «Закон дырявых абстракций»

Вы должны понимать как минимум на один уровень абстракции ниже того уровня, на котором вы кодируетеЛи Кэмпбел (Lee Campbell)

10 © L

uxof

t Tra

inin

g 20

13

Async/await – лишь вершина

11 © L

uxof

t Tra

inin

g 20

13

Synchronization Context

Некоторые типы приложений налагают ограничения на «потоковую» модель

Control.Invoke/BeginInvoke

Dispatcher.Invoke/BeginInvoke

Контекст синхронизации «прячет» эти детали за абстрактным интерфейсом

Контекст нужен для «маршалинга» управления из одного потока в другой (*)

Контексты повсюду!

12 © L

uxof

t Tra

inin

g 20

13

Зачем мне это?Я же программирую на C#

5.0!

13 © L

uxof

t Tra

inin

g 20

13

private int GetAnswerToUltimateQuestion(){ buttonRun.Enabled = false; Thread.Sleep(1000); buttonRun.Enabled = true; return 42;}

private void buttonRun_Click_Sync(object sender, EventArgs e){ int result = GetAnswerToUltimateQuestion(); textBoxStatus.Text = result.ToString();}

Sync Version

Некоторая длительная операция!!

14 © L

uxof

t Tra

inin

g 20

13

private async Task<int> GetAnswerToUltimateQuestionAsync(){ buttonRun.Enabled = false; await Task.Delay(1000); buttonRun.Enabled = true;

return 42;

}

private void buttonRun_Click_Async(object sender, EventArgs e){ Task<int> result = GetAnswerToUltimateQuestionAsync(); textBoxStatus.Text = result.Result.ToString();}

Наивный подход…

[Thread 2] Ожидает

освобождения UI потока

[Thread 1] Ожидает

завершения асинхронной

операции

Захватываем Sync Context

Возвращает управление!

15 © L

uxof

t Tra

inin

g 20

13

Другими словами…private Task<int> GetAnswerToUltimateQuestionAsyncImpl(){ buttonRun.Enabled = false; var task = LongRunningTask(); return task.ContinueWith(t => { buttonRun.Enabled = true; return 42; }, TaskScheduler.FromCurrentSynchronizationContext());}

private void buttonRun_Click_Async_Impl(object sender, EventArgs e){ Task<int> result = GetAnswerToUltimateQuestionAsyncImpl(); textBoxStatus.Text = result.Result.ToString();}

17 © L

uxof

t Tra

inin

g 20

13

“Sync over Async” + UI == Deadlock!

18 © L

uxof

t Tra

inin

g 20

13

Решение

private async Task<int> GetAnswerAsync() { await Task.Delay(10); return 42; }

private async void btn_Click(object sender, EventArgs e) { label.Text = (await GetAnswerAsync()).ToString(); }

19 © L

uxof

t Tra

inin

g 20

13

Где вылетит ошибка?

var ms = new MemoryStream();

// Здесь? Task<int> task = ms.ReadAsync(null, 0, 42);

// Или здесь? int result = task.Result;

• Является исключение «синхронным» или «асинхронным»?

20 © L

uxof

t Tra

inin

g 20

13

«Наивная» реализация

public static async Task<int> ReadAsync(byte[] buffer) { if (buffer == null) throw new ArgumentNullException("buffer");

// Реализация асинхронного чтения return 42; }

Результирующая задача перейдет в Faulted

состояние!

• Синхронное исключение означает «баг» в вызывающем коде.

• «Поломанная» задача означает баг в реализации!

Зачем заморачиваться?

21 © L

uxof

t Tra

inin

g 20

13

Корректная реализация

public static Task<int> ReadAsync(byte[] buffer) { if (buffer == null) throw new ArgumentNullException("buffer");

return ReadAsyncImpl(buffer); }

private static async Task<int> ReadAsyncImpl(byte[] buffer) { // Реализация асинхронногочтения return 42; }

Синхронная проверка

«предусловий»

Блоки итераторов ведут себя

аналогично!

22 © L

uxof

t Tra

inin

g 20

13

Await исключений

public static async Task<int> SimpleAsync() { throw new CustomException(); }

public static async void ConsumeSimpleAsync() { var task = SimpleAsync(); try { // "Разыменовывание" задачи приводит к // "разворачиванию" первого исключения! int result = await task; } catch (CustomException) { Console.WriteLine("Yahoo!!!"); } }

23 © L

uxof

t Tra

inin

g 20

13

Обработка нескольких исключений

public static async Task FooAsync() { // t1 "падает" Task<int> t1 = Task<int>.Factory.StartNew(() => { throw new Exception("E1"); });

// t2 тоже "падает" Task<int> t2 = Task<int>.Factory.StartNew(() => { throw new Exception("E2"); });

int r1 = await t1; int r2 = await t2; }

Получим “E1”?

Получим “E2”?

Получим AggregateException?UnobservedTaskExcep

tion!

24 © L

uxof

t Tra

inin

g 20

13

Unobserved Exceptions

Событие TaskScheduler.UnobservedException

Генерируется финализатором

Не вызывается при обращении к

Result

Exception

Вызове Wait

Поведение зависит от версии .NET Framework

.NET 4.5 – «умалчивается» (*)

.NET 4.0 – «ломает» приложение

25 © L

uxof

t Tra

inin

g 20

13

“Решение”

public static async Task FooAsync(){ // t1 "падает" Task<int> t1 = Task<int>.Factory.StartNew(() => { throw new Exception("E1"); });

// t2 тоже "падает" Task<int> t2 = Task<int>.Factory.StartNew(() => { throw new Exception("E2"); });

// "Наблюдаем" оба исключения var task = Task.WhenAll(t1, t2);

await task.ContinueWith(_ => _.Result);

int r1 = t1.Result; int r2 = t2.Result;}

«Объединяем» обе задачи

await task; пробросил бы лишь первое исключение!Явно генерируем

AggregateException!!!!

26 © L

uxof

t Tra

inin

g 20

13

Структура исключений

AggregateException

task.ContinueWith()

AggregateException

Task.WhenAll(t1, t2);

First

Exception("E1")

t1: Task

Exception("E2")

t2: Task

First Second

await вытянет первое исключение и получит AggregateException!

Task.WhenAll(t1, t2);

await task.ContinueWith(_ => _.Result);

27 © L

uxof

t Tra

inin

g 20

13

И как это дело ловить?

var task = Modified.FooAsync(); try { await task; } // Для случая более одного исключения catch (AggregateException e) { // "Выпрямляем" все исключения int count = e.Flatten().InnerExceptions.Count; Console.WriteLine( "Demo2.Modified.FooAsync failed with {0} exceptions", count); } // Для более простых случаев catch (CustomException e) { } catch (Exception e) {}

28 © L

uxof

t Tra

inin

g 20

13

Асинхронные методы

Типы возвращаемого значения асинхронного метода:

async void FooAasync() – Fire and Forget (*)

async Task FooAsync() – (void Foo())

async Task<T> FooAsync() – (T Foo())

29 © L

uxof

t Tra

inin

g 20

13

Где вылетит ошибка?

private static async void FooAsync(){ throw new Exception("Ooops!");}

It Depends!

32 © L

uxof

t Tra

inin

g 20

13

Naïve Approachpublic static async Task FooAsync(){ //throw new InvalidOperationException("Oops!"); await Task.Delay(42);}[Test]public async void Test_FooAsync_Throws_1(){ try { await FooAsync(); Assert.Fail("InvalidOperation was not thrown"); } catch (InvalidOperationException) { }}

[Test]public async void Test_FooAsync_Throws_2(){ Assert.Throws<InvalidOperationException>(async () => await FooAsync());}

33 © L

uxof

t Tra

inin

g 20

13

Рабочий вариант![Test]public void Test_FooAsync_Throws(){ // Sync over Asyc? ;) ThrowsAsync<InvalidOperationException>(FooAsync).Wait();}

public async static Task ThrowsAsync<T>(Func<Task> testCode) where T : Exception{ try { await testCode(); // Если мы сюда попадем, то движок NUnit // бросит нужный тип исключения Assert.Throws<T>(() => { }); } catch (T) {}}

34 © L

uxof

t Tra

inin

g 20

13

Async Guidelines

Async void – это операции вида “fire-and-forget”

Вызывающий код не может узнать о завершении асинхронного метода

Вызывающий код не может обработать исключения(вместо этого они попадут в цикл обработки UI сообщений или «уронят» приложение!)

Используйте async void только для обработчиков событий самого высокого уровня.

Используйте возвращаемые значения!

Осторожнее с асинхронными лямбда-выражениями!

35 © L

uxof

t Tra

inin

g 20

13

Сколько же тут всего…

Влияние TAP на дизайн приложения!

Обработка исключений Unobserved exceptions

Bugs vs Task Faults

Гранулярность асинхронных операций

Testability

Work stealing

36 © L

uxof

t Tra

inin

g 20

13

Вот этого не надо

- Как вы пишите софт?- Бац-бац и в продакшн (с).

- Как из синхронного приложения сделать асинхронное?- Async/await и готово!

38 © L

uxof

t Tra

inin

g 20

13

Что думает по этому поводу Eric Lippert?

Q: C# 5.0 has new feature called async/await. Why should developers be excited about it?A: People like me, are excited about this feature because its a cooperative multitasking with coroutines implementing using continuation passing style.

39 © L

uxof

t Tra

inin

g 20

13

Дополнительные ссылки

pfxteam blog

C# Async Tips and Tricks Part 2: Async Void

MVP Summit presentation on async

Знакомство с асинхронными операциями в C# 5

41 © L

uxof

t Tra

inin

g 20

13

IntHRLuxtown

Информация об учебном центреwww.luxoft-training.ru/about

Расписание www.luxoft-training.ru/timetable

Каталог курсов www.luxoft-training.ru/training/catalog_directions

Контакты www.luxoft-training.ru/contacts

www.facebook.com/TrainingCenterLuxoft

Расписание, курсы,

тренеры

Условия обучения, логистика,

контакты

Luxtown

Информационные ресурсы Luxoft Training

Тонкости асинхронного программирования

Documents

luxofttraining2013 c

luxofttraining2013 asyncawait

luxofttraining2013 demo

task exceptione2 t2

async void fooaasync

result intr2

result intr1

test public async void