关于C#中async/await中的异常处理（上）

关于C#中async/await中的异常处理（上）

2012-04-11 09:15 by 老赵, 17919 visits

在同步编程中，一旦出现错误就会抛出异常，我们可以使用try…catch来捕捉异常，而未被捕获的异常则会不断向上传递，形成一个简单而统一的错误处理机制。不过对于异步编程来说，异常处理一直是件麻烦的事情，这也是C#中async/await或是Jscex等异步编程模型的优势之一。但是，同步的错误处理机制，并不能完全避免异步形式的错误处理方式，这需要一定实践规范来保证，至少我们需要了解async/await到底是如何捕获和分发异常的。在开发Jscex的过程中，我也在C#内部邮件邮件列表中了解了很多关于TPL和C#异步特性的问题，错误处理也是其中之一。在此记录一下吧。

使用try…catch捕获异常

首先我们来看下这段代码：

static async Task ThrowAfter(int timeout, Exception ex)
{
    await Task.Delay(timeout);
    throw ex;
}

static void PrintException(Exception ex)
{
    Console.WriteLine("Time: {0}\n{1}\n============", _watch.Elapsed, ex);
}

static Stopwatch _watch = new Stopwatch();

static async Task MissHandling()
{
    var t1 = ThrowAfter(1000, new NotSupportedException("Error 1"));
    var t2 = ThrowAfter(2000, new NotImplementedException("Error 2"));

    try
    {
        await t1;
    }
    catch (NotSupportedException ex)
    {
        PrintException(ex);
    }
}

static void Main(string[] args)
{
    _watch.Start();

    MissHandling();

    Console.ReadLine();
}

这段代码的输出如下：

Time: 00:00:01.2058970
System.NotSupportedException: Error 1
   at AsyncErrorHandling.Program.d__0.MoveNext() in ...\Program.cs:line 16
--- End of stack trace from previous location where exception was thrown ---
   at System.Runtime.CompilerServices.TaskAwaiter.ThrowForNonSuccess(Task task)
   at System.Runtime.CompilerServices.TaskAwaiter.HandleNonSuccessAndDebuggerNotification(Task task)
   at System.Runtime.CompilerServices.TaskAwaiter.GetResult()
   at AsyncErrorHandling.Program.d__3.MoveNext() in ...\Program.cs:line 33
============

在MissingHandling方法中，我们首先使用ThrowAfter方法开启两个任务，它们会分别在一秒及两秒后抛出两个不同的异常。但是在接下来的try中，我们只对t1进行await操作。很容易理解，t1抛出的NotSupportedException将被catch捕获，耗时大约为1秒左右——当然，从上面的数据可以看出，其实t1在被“捕获”时已经耗费了1.2时间，误差较大。这是因为程序刚启动，TPL内部正处于“热身”状态，在调度上会有较大开销。这里反倒是另一个问题倒更值得关注：t2在两秒后抛出的NotImplementedException到哪里去了？

未捕获的异常

C#的async/await功能基于TPL的Task对象，每个await操作符都是“等待”一个Task完成。在之前（或者说如今）的TPL中，Task对象的析构函数会查看它的Exception对象有没有被“访问”过，如果没有，且Task对象出现了异常，则会抛出这个异常，最终导致的结果往往便是进程退出。因此，我们必须小心翼翼地处理每一个Task对象的错误，不得遗漏。在.NET 4.5中这个行为被改变了，对于任何没有被检查过的异常，便会触发TaskSchedular.UnobservedTaskException事件——如果您不监听这个事件，未捕获的异常也就这么无影无踪了。

为此，我们对Main方法进行一个简单的改造。

static void Main(string[] args)
{
    TaskScheduler.UnobservedTaskException += (_, ev) => PrintException(ev.Exception);

    _watch.Start();

    MissHandling();

    while (true)
    {
        Thread.Sleep(1000);
        GC.Collect();
    }
}

改造有两点，一是响应TaskScheduler.UnobservedTaskException，这自然不必多说。还有一点便是不断地触发垃圾回收，以便Finalizer线程调用析构函数。如今这段代码除了打印出之前的信息之外，还会输出以下内容：

Time: 00:00:03.0984560
System.AggregateException: A Task's exception(s) were not observed either by Waiting on the Task or accessing its Exception property. As a result, the unobserved exception was rethrown by the finalizer thread. ---> System.NotImplementedException: Error 2
   at AsyncErrorHandling.Program.d__0.MoveNext() in ...\Program.cs:line 16
   --- End of inner exception stack trace ---
---> (Inner Exception #0) System.NotImplementedException: Error 2
   at AsyncErrorHandling.Program.d__0.MoveNext() in ...\Program.cs:line 16<---
============

从上面的信息中可以看出，UnobservedTaskException事件并非在“抛出”异常后便立即触发，而是在某次垃圾收集过程，从Finalizer线程里触发并执行。从中也不难得出这样的结论：便是该事件的响应方法不能过于耗时，更加不能阻塞，否则便会对程序性能造成灾难性的影响。

那么假如我们要同时处理t1和t2中抛出的异常该怎么做呢？此时便是Task.WhenAll方法上场的时候了：

static async Task BothHandled()
{
    var t1 = ThrowAfter(1000, new NotSupportedException("Error 1"));
    var t2 = ThrowAfter(2000, new NotImplementedException("Error 2"));

    try
    {
        await Task.WhenAll(t1, t2);
    }
    catch (NotSupportedException ex)
    {
        PrintException(ex);
    }
}

如果您执行这段代码，会发现其输出与第一段代码相同，但其实不同的是，第一段代码中t2的异常被“遗漏”了，而目前这段代码t1和t2的异常都被捕获了，只不过await语句仅仅“抛出”了“其中一个”异常而已。

WhenAll是一个辅助方法，它的输入是n个Task对象，输出则是个返回它们的结果数组的Task对象。新的Task对象会在所有输入全部“结束”后才完成。在这里“结束”的意思包括成功和失败（取消也是失败的一种，即抛出了OperationCanceledException）。换句话说，假如这n个输入中的某个Task对象很快便失败了，也必须等待其他所有输入对象成功或是失败之后，新的Task对象才算完成。而新的Task对象完成后又可能会有两种表现：

• 所有输入Task对象都成功了：则返回它们的结果数组。
• 至少一个输入Task对象失败了：则抛出“其中一个”异常。

全部成功的情况自不必说，那么在失败的情况下，什么叫做抛出“其中一个”异常？如果我们要处理所有抛出的异常该怎么办？下次我们继续讨论这方面的问题。

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