开发进阶:Dotnet Core多路径异步终止

【开源】我和 JAP(JA Plus) 的故事

今天用一个简单例子说说异步的多路径终止。我尽可能写得容易理解吧,但今天的内容需要有一定的编程能力。

今天这个话题,来自于最近对gRPC的一些技术研究。

话题本身跟gRPC没有太大关系。应用中,我用到了全双工数据管道这样一个相对复杂的概念。

我们知道,全双工连接是两个节点之间的连接,但不是简单的“请求-响应”连接。任何一个节点都可以在任何时间发送消息。概念上,还是有客户端和服务端的区分,但这仅仅是概念上,只是为了区分谁在监听连接尝试,谁在建立连接。实际上,做一个双工的API比做一个“请求-响应”式的API要复杂得多。

由此,延伸出了另一个想法:做个类库,在库内部构建双工管道,供给消费者时,只暴露简单的内容和熟悉的方式。

    为了防止不提供原网址的转载,特在这里加上原文链接:https://www.cnblogs.com/tiger-wang/p/14297970.html

一、开始

假设我们有这样一个API:

  • 客户端建立连接
  • 有一个SendAsync消息从客户端发送到服务器
  • 有一个TryReceiveAsync消息,试图等待来自服务器的消息(服务器有消息发送为True,返之为False)
  • 服务器控制数据流终止,如果服务器发送完最后一条消息,则客户端不再发送任何消息。

接口代码可以写成这样:

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

忽略连接的部分,代码看起来并不复杂。

下面,我们创建两个循环,并通过枚举器公开数据:

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);
    }
}

这里面用到了异步迭代器相关的概念。如果不明白,可以去看我的另一篇专门讨论异步迭代器的文章,【传送门】。

二、解决终止标志

好像做好了,我们用循环接收和发送,并传递了外部的终止标志给这两个方法。

真的做好了吗?

还没有。问题出在终止标志上。我们没有考虑到这两个流是相互依赖的,特别是,我们不希望生产者(使用SendAsync的代码)在任何连接失败的场景中仍然运行。

实际上,会有比我们想像中更多的终止路径:

  • 我们可能已经为这两个方法提供了一个外部的终止令牌,并且这个令牌可能已经被触发
  • ReceiveAsync的消费者可能已经通过WithCancellation提供了一个终止令牌给GetAsyncEnumerator,并且这个令牌可能已经被触发
  • 我们的发送/接收代码可能出错了
  • ReceiveAsync的消费者在数据获取到中途,要终止获取了 – 一个简单的原因是处理收到的数据时出错了
  • SendAsync中的生产者可能发生了错误

这只是一些可能的例子,但实际的可能会更多。

本质上,这些都表示连接终止,因此我们需要以某种方式包含所有这些场景,进而允许发送和接收路径之间传达问题。换句话说,我们需要自己的CancellationTokenSource

显然,这种需求,用库来解决是比较完美的。我们可以把这些复杂的内容放在一个消费者可以访问的单一API中:

Databricks 第7篇:管理Secret

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

这个方法:

  • 允许它传入一个生产者
  • 通话它传入一个外部的终止令牌
  • 有一个异步的响应返回

使用时,我们可以这样做:

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);
    }
}

上面这段代码中,我们ProducerAsync还没有实现太多内容,目前只是传递了一个占位符。稍后我们可以枚举它,而枚举行为实际上调用了代码。

回到Duplex。这个方法,至少需要考虑两种不同的终止方式:

  • 通过cancellationToken传入的外部令牌
  • 使用过程中可能传递给GetAsyncEnumerator()的潜在的令牌

这儿,为什么不是之前列出的更多种终止方式呢?这儿要考虑到编译器的组合方式。我们需要的不是一个CancellationToken,而是一个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
}

这里,DuplexImpl方法允许枚举终止,但又与外部终止标记保持分离。这样,在编译器层面不会被合并。在里面,CreateLinkedTokenSource反倒像编译器的处理。

现在,我们有一个CancellationTokenSource,需要时,我们可能通过它来终止循环的运行。

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

通过这种方式,我们可以处理这样的场景:消费者没有获取所有数据,而我们想要触发allDone,但是我们退出了DuplexImpl。这时候,迭代器的作用就很大了,它让程序变得更简单,因为用了using,最终里面的任何内容都会定位到Dispose/DisposeAsync

下一个是生产者,也就是SendAsync。它也是双工的,对传入的消息没有影响,所以可以用Task.Run作为一个独立的代码路径开始运行,而如果生产者出现错误,则终止发送。上边的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;

这里启动了一个生产者的并行操作SendAsync。注意,这里我们用标记allDone.Token把组合的终止标记传递给生产者。延迟await是为了允许ProducerAsync方法里可以使用终止令牌,以满足复合双工操作的生命周期要求。

这样,接收代码就变成了:

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

allDone.Cancel();

最后,把这部分代码合在一起看看:

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、总结

相关的处理就这么多。这里实现的关键点是:

  • 外部令牌和枚举器令牌都对allDone有贡献
  • 传输中发送和接收代码使用allDone.Token
  • 生产者枚举使用allDone.Token
  • 任何情况下退出枚举器,allDone都会被终止
    • 如果传输接收错误,则allDone被终止
    • 如果消费者提前终止,则allDone被终止
  • 当我们收到来自服务器的最后一条消息后,allDone被终止
  • 如果生产者或传输发送错误,allDone被终止

最后多说一点,关于ConfigureAwait(false)

默认情况下,await包含一个对SynchronizationContext.Current的检查。除了表示额外的上下文切换之外,在UI应用程序的情况下,它也意味着在UI线程上运行不需要在UI线程上运行的代码。库代码通常不需要这样做。因此,在库代码中,通常应该在所有用到await的地方使用. configureawait (false)来绕过这个检查。而在一般应用程序的代码中,应该默认只使用await而不使用ConfigureAwait,除非你知道你在做什么。

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