開發進階：Dotnet Core多路徑異步終止

今天用一個簡單例子說說異步的多路徑終止。我儘可能寫得容易理解吧，但今天的內容需要有一定的編程能力。

 

今天這個話題，來自於最近對gRPC的一些技術研究。

話題本身跟gRPC沒有太大關係。應用中，我用到了全雙工數據管道這樣一個相對複雜的概念。

我們知道，全雙工連接是兩個節點之間的連接，但不是簡單的“請求-響應”連接。任何一個節點都可以在任何時間發送消息。概念上，還是有客戶端和服務端的區分，但這僅僅是概念上，只是爲了區分誰在監聽連接嘗試，誰在建立連接。實際上，做一個雙工的API比做一個“請求-響應”式的API要複雜得多。

由此，延伸出了另一個想法：做個類庫，在庫內部構建雙工管道，供給消費者時，只暴露簡單的內容和熟悉的方式。

    爲了防止不提供原網址的轉載，特在這裏加上原文鏈接：https://www.cnblogs.com/tiger-wang/p/14297970.html

 

一、開始

假設我們有這樣一個API：

• 客戶端建立連接
• 有一個SendAsync消息從客戶端發送到服務器
• 有一個TryReceiveAsync消息，試圖等待來自服務器的消息（服務器有消息發送爲True，返之爲False）
• 服務器控制數據流終止，如果服務器發送完最後一條消息，則客戶端不再發送任何消息。

 

接口代碼可以寫成這樣：

interface ITransport<TRequest, TResponse> : IAsyncDisposable
{
    ValueTask SendAsync(TRequest request, CancellationToken cancellationToken);
    ValueTask<(bool Success, TResponse Message)> TryReceiveAsync(CancellationToken cancellationToken);
}

忽略連接的部分，代碼看起來並不複雜。

下面，我們創建兩個循環，並通過枚舉器公開數據：

ITransport<TRequest, TResponse> transport;
public async IAsyncEnumerable<TResponse> ReceiveAsync([EnumeratorCancellation] CancellationToken cancellationToken)
{
    while (true)
    {
        var (success, message) =
            await transport.TryReceiveAsync(cancellationToken);
        if (!success) break;
        yield return message;
    }
}

public async ValueTask SendAsync(IAsyncEnumerable<TRequest> data, CancellationToken cancellationToken)
{
    await foreach (var message in data.WithCancellation(cancellationToken))
    {
        await transport.SendAsync(message, cancellationToken);
    }
}

這裏面用到了異步迭代器相關的概念。如果不明白，可以去看我的另一篇專門討論異步迭代器的文章，【傳送門】。

 

二、解決終止標誌

好像做好了，我們用循環接收和發送，並傳遞了外部的終止標誌給這兩個方法。

真的做好了嗎？

還沒有。問題出在終止標誌上。我們沒有考慮到這兩個流是相互依賴的，特別是，我們不希望生產者（使用SendAsync的代碼）在任何連接失敗的場景中仍然運行。

實際上，會有比我們想像中更多的終止路徑：

• 我們可能已經爲這兩個方法提供了一個外部的終止令牌，並且這個令牌可能已經被觸發
• ReceiveAsync的消費者可能已經通過WithCancellation提供了一個終止令牌給GetAsyncEnumerator，並且這個令牌可能已經被觸發
• 我們的發送/接收代碼可能出錯了
• ReceiveAsync的消費者在數據獲取到中途，要終止獲取了 - 一個簡單的原因是處理收到的數據時出錯了
• SendAsync中的生產者可能發生了錯誤

這只是一些可能的例子，但實際的可能會更多。

本質上，這些都表示連接終止，因此我們需要以某種方式包含所有這些場景，進而允許發送和接收路徑之間傳達問題。換句話說，我們需要自己的CancellationTokenSource。

 

顯然，這種需求，用庫來解決是比較完美的。我們可以把這些複雜的內容放在一個消費者可以訪問的單一API中：

public IAsyncEnumerable<TResponse> Duplex(IAsyncEnumerable<TRequest> request, CancellationToken cancellationToken = default);

這個方法：

• 允許它傳入一個生產者
• 通話它傳入一個外部的終止令牌
• 有一個異步的響應返回

使用時，我們可以這樣做：

await foreach (MyResponse item in client.Duplex(ProducerAsync()))
{
    // ... todo
}
async IAsyncEnumerable<MyRequest> ProducerAsync([EnumeratorCancellation] CancellationToken cancellationToken = default)
{
    for (int i = 0; i < 100; i++)
    {
        yield return new MyRequest(i);
        await Task.Delay(100, cancellationToken);
    }
}

 

上面這段代碼中，我們ProducerAsync還沒有實現太多內容，目前只是傳遞了一個佔位符。稍後我們可以枚舉它，而枚舉行爲實際上調用了代碼。

回到Duplex。這個方法，至少需要考慮兩種不同的終止方式：

• 通過cancellationToken傳入的外部令牌
• 使用過程中可能傳遞給GetAsyncEnumerator()的潛在的令牌

這兒，爲什麼不是之前列出的更多種終止方式呢？這兒要考慮到編譯器的組合方式。我們需要的不是一個CancellationToken，而是一個CancellationTokenSource。

public IAsyncEnumerable<TResponse> Duplex(IAsyncEnumerable<TRequest> request, CancellationToken cancellationToken = default) => DuplexImpl(transport, request, cancellationToken);

private async static IAsyncEnumerable<TResponse> DuplexImpl(ITransport<TRequest, TResponse> transport, IAsyncEnumerable<TRequest> request, CancellationToken externalToken, [EnumeratorCancellation] CancellationToken enumeratorToken = default)
{
    using var allDone = CancellationTokenSource.CreateLinkedTokenSource(externalToken, enumeratorToken);
    // ... todo
}

這裏，DuplexImpl方法允許枚舉終止，但又與外部終止標記保持分離。這樣，在編譯器層面不會被合併。在裏面，CreateLinkedTokenSource反倒像編譯器的處理。

現在，我們有一個CancellationTokenSource，需要時，我們可能通過它來終止循環的運行。

using var allDone = CancellationTokenSource.CreateLinkedTokenSource(externalToken, enumeratorToken);
try
{
    // ... todo
}
finally
{
    allDone.Cancel();
}

通過這種方式，我們可以處理這樣的場景：消費者沒有獲取所有數據，而我們想要觸發allDone，但是我們退出了DuplexImpl。這時候，迭代器的作用就很大了，它讓程序變得更簡單，因爲用了using，最終裏面的任何內容都會定位到Dispose/DisposeAsync。

 

下一個是生產者，也就是SendAsync。它也是雙工的，對傳入的消息沒有影響，所以可以用Task.Run作爲一個獨立的代碼路徑開始運行，而如果生產者出現錯誤，則終止發送。上邊的todo部分，可以加入：

var send = Task.Run(async () =>
{
    try
    {
        await foreach (var message in request.WithCancellation(allDone.Token))
        {
            await transport.SendAsync(message, allDone.Token);
        }
    }
    catch
    {
        allDone.Cancel();
        throw;
    }
}, allDone.Token);

// ... todo: receive

await send;

這裏啓動了一個生產者的並行操作SendAsync。注意，這裏我們用標記allDone.Token把組合的終止標記傳遞給生產者。延遲await是爲了允許ProducerAsync方法裏可以使用終止令牌，以滿足複合雙工操作的生命週期要求。

 

這樣，接收代碼就變成了：

while (true)
{
    var (success, message) = await transport.TryReceiveAsync(allDone.Token);
    if (!success) break;
    yield return message;
}

allDone.Cancel();

 

最後，把這部分代碼合在一起看看：

private async static IAsyncEnumerable<TResponse> DuplexImpl(ITransport<TRequest, TResponse> transport, IAsyncEnumerable<TRequest> request, CancellationToken externalToken, [EnumeratorCancellation] CancellationToken enumeratorToken = default)
{
    using var allDone = CancellationTokenSource.CreateLinkedTokenSource(externalToken, enumeratorToken);
    try
    {
        var send = Task.Run(async () =>
        {
            try
            {
                await foreach (var message in request.WithCancellation(allDone.Token))
                {
                    await transport.SendAsync(message, allDone.Token);
                }
            }
            catch
            {
                allDone.Cancel();
                throw;
            }
        }, allDone.Token);

        while (true)
        {
            var (success, message) = await transport.TryReceiveAsync(allDone.Token);
            if (!success) break;
            yield return message;
        }

        allDone.Cancel();

        await send;
    }
    finally
    {
        allDone.Cancel();
    }
}

 

三、總結

相關的處理就這麼多。這裏實現的關鍵點是：

• 外部令牌和枚舉器令牌都對allDone有貢獻
• 傳輸中發送和接收代碼使用allDone.Token
• 生產者枚舉使用allDone.Token
• 任何情況下退出枚舉器，allDone都會被終止
  • 如果傳輸接收錯誤，則allDone被終止
  • 如果消費者提前終止，則allDone被終止
• 當我們收到來自服務器的最後一條消息後，allDone被終止
• 如果生產者或傳輸發送錯誤，allDone被終止

 

最後多說一點，關於ConfigureAwait(false)：

默認情況下，await包含一個對SynchronizationContext.Current的檢查。除了表示額外的上下文切換之外，在UI應用程序的情況下，它也意味着在UI線程上運行不需要在UI線程上運行的代碼。庫代碼通常不需要這樣做。因此，在庫代碼中，通常應該在所有用到await的地方使用. configureawait (false)來繞過這個檢查。而在一般應用程序的代碼中，應該默認只使用await而不使用ConfigureAwait，除非你知道你在做什麼。
 

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