[译]async/await中阻塞死锁

这篇博文主要是讲解在async/await中使用阻塞式代码导致死锁的问题，以及如何避免出现这种死锁。内容主要是从作者Stephen Cleary的两篇博文中翻译过来.

原文1：Don'tBlock on Async Code

原文2：why the AspNetSynchronizationContext was removed

示例代码：async_await中阻塞死锁.rar

一、async/await 异步代码运行流程

async/await是在.NET4.5版本引入的关键字，让开发者可以更加轻松的创建异步方法。

我们从下图来认识async/await的运行流程：

二、在异步代码中阻塞，导致死锁的示例

UI 示例

单击一个按钮，将发起一个REST远程请求并且将结果显示到textbox控件上。（这是一个Windows Forms程序，同样也适用于其他任何UI应用程序）

// My "library" method.
public static async Task<JObject> GetJsonAsync(Uri uri)
{
  using (var client = new HttpClient())
  {
    var jsonString = await client.GetStringAsync(uri);
    return JObject.Parse(jsonString);
  }
}

// My "top-level" method.
public void Button1_Click(...)
{
  var jsonTask = GetJsonAsync(...);
  textBox1.Text = jsonTask.Result;
}

类库方法GetJsonAsync发起REST远程请求并且将结果解析为JSON返回。Button1_Click方法调用Task .Result阻塞等待GetJsonAsync处理完毕并显示结果

这段代码会死锁。

ASP.NET 示例

在类库方法GetJsonAsync中发起一个REST远程请求，这次这个GetJsonAsync在ASP.NET context中被调用。（示例是Web API项目，同样适用于任何一个ASP.NET应用程序 - 注：非ASP.NET Core应用）

// My "library" method.
public static async Task<JObject> GetJsonAsync(Uri uri)
{
  using (var client = new HttpClient())
  {
    var jsonString = await client.GetStringAsync(uri);
    return JObject.Parse(jsonString);
  }
}

// My "top-level" method.
public class MyController : ApiController
{
  public string Get()
  {
    var jsonTask = GetJsonAsync(...);
    return jsonTask.Result.ToString();
  }
}

这段代码也会死锁。与UI示例是同一个原因。

园友在《传统asp.net小心 async/await坑》这篇文章中抓到一个异常信息，我自己没注意抓异常，死锁后就关闭调试了。不关闭调试，死锁一段时间应该会报下面错误。

在 System.Web.ThreadContext.AssociateWithCurrentThread(Boolean setImpersonationContext)
在 System.Web.HttpApplication.OnThreadEnterPrivate(Boolean setImpersonationContext)
在 System.Web.LegacyAspNetSynchronizationContext.CallCallbackPossiblyUnderLock(SendOrPostCallback callback, Object state)
在 System.Web.LegacyAspNetSynchronizationContext.CallCallback(SendOrPostCallback callback, Object state)
在 System.Web.LegacyAspNetSynchronizationContext.Post(SendOrPostCallback callback, Object state)
在 System.Threading.Tasks.SynchronizationContextAwaitTaskContinuation.PostAction(Object state)
在 System.Threading.Tasks.AwaitTaskContinuation.RunCallback(ContextCallback callback, Object state, Task& currentTask)
--- 引发异常的上一位置中堆栈跟踪的末尾 ---
在 System.Threading.Tasks.AwaitTaskContinuation.<>c.<ThrowAsyncIfNecessary>b__18_0(Object s)
在 System.Threading.QueueUserWorkItemCallback.WaitCallback_Context(Object state)
在 System.Threading.ExecutionContext.RunInternal(ExecutionContext executionContext, ContextCallback callback, Object state, Boolean preserveSyncCtx)
在 System.Threading.ExecutionContext.Run(ExecutionContext executionContext, ContextCallback callback, Object state, Boolean preserveSyncCtx)
在 System.Threading.QueueUserWorkItemCallback.System.Threading.IThreadPoolWorkItem.ExecuteWorkItem()
在 System.Threading.ThreadPoolWorkQueue.Dispatch()
在 System.Threading._ThreadPoolWaitCallback.PerformWaitCallback()

三、是什么原因导致的死锁呢？

await一个Task后，在恢复继续执行时，会试图进入await之前的context。

第一个示例中，这个context是UI context（任何UI应用，除了控制台应用）。在第二个示例中，这个context是ASP.NET request context。

另一个需要注意的点：ASP.NET request context 没有绑定到特定的线程上（像UI context一样），但是request context同一时刻只允许被绑定到一个线程上。我曾经在MSDN上有发表过《关于SynchronzationContext》的文章.

死锁是怎么发生的呢？我们从top-level方法开始（UI的Button1_Click方法或ASP.NET的MyContoller.Get方法）

1.         top-level方法调用GetJsonAsync（在UI/ASP.NET context中）。

2.         GetJsonAsync通过HttpClient.GetStringAsync发起REST远程请求（在UI/ASP.NET context中）。

3.         GetStringAsync返回一个未完成Task，标识REST远程请求还未处理完

4.         GetJsonAsync方法中await GetStringAsync返回的未完成Task。等Task执行完毕，

会重新捕获等待之前的context并使用它继续执行GetJsonAsync。

5.         GetJsonAsync中await后，携带context的线程会跳出GetJsonAsync方法，继续执行后面的代码。并在jsonTask.Result发生阻塞。此时携带context的线程被阻塞了。

6.         最终，REST请求处理完，GetStringAsync返回的Task处理完成。

7.         GetJsonAsync方法准备继续运行，并且等待context可用，以便在context中执行。

8.         发生context死锁。在top-level方法中已经阻塞了携带context的线程，等待GetJsonAsync返回的Task完成。而此时，GetJsonAsync方法正在等待context被释放，以便在context中继续执行。

四、防止死锁

这里有三个最佳实践来避免这种死锁（更详细的传送门）。

1.         在你的”library”异步方法中，返回未完成Task时都调用ConfigureAwait(false)。

2.         始终使用 Async，不要混合阻塞式代码和异步代码。

3.         ASP.NET 升级为ASP.NET Core。在ASP.NET Core框架中，已经移除SynchronizationContext

按照第一条最佳实践，”library”中的异步方法修改如下：

public static async Task<JObject> GetJsonAsync(Uri uri)
{
  using (var client = new HttpClient())
  {
    var jsonString = await client.GetStringAsync(uri).ConfigureAwait(false);
    return JObject.Parse(jsonString);
  }
}

ConfigureAwait(continueOnCapturedContext: false)：continueOnCapturedContext参数表示是否尝试将延续任务封送回原始上下文。

ConfigureAwait(false)改变了GetJsonAsync的延续行为，使它不用在原来的context中恢复。GetJsonAsync将直接在线程池线程中恢复，这使得GetJsonAsync能完成任务，并且无需重新进入原来的context

按照第二条最佳实践。修改”top-level”方法如下：

public async void Button1_Click(...)
{
  var json = await GetJsonAsync(...);
  textBox1.Text = json;
}

public class MyController : ApiController
{
  public async Task<string> Get()
  {
    var json = await GetJsonAsync(...);
    return json.ToString();
  }
}

这样修改，改变了top-level方法的阻塞行为。所有的”等待”都是”异步等待”，这样context就不会被阻塞。

其他”异步等待”指导原则：

执行以下操作…	不要使用以下方式…	使用以下方式
创建Task	Task constructor	Task.Run or TaskFactory.StartNew
检索后台任务的结果	Task.Wait 或 Task.Result	await
等待任何任务完成	Task.WaitAny	await Task.WhenAny
检索多个任务的结果	Task.WaitAll	await Task.WhenAll
等待一段时间	Thread.Sleep	await Task.Delay

五、在ASP.NET Core框架中，已经移除SynchronizationContext

为什么AspNetSynchronizationContext在ASP.NET Core中被移除。尽管我不知道ASP.NET团队内部是什么观点，但我认为的观点是两个：性能和简单。

性能方面：

在没有SynchronizationContext的ASP.NET Core中，当一个async/await异步处理恢复执行时，会从线程池中获取一个线程并且执行继续操作。

1.         避免了把操作排队到request context队列（request context同一时刻只允许被绑定到一个线程上）

2.         避免了因为携带 request context 的线程被阻塞而发生“死锁”

3.         不需要重新进入request context（重新进入request context涉及到很多内部作业任务，例如：设置HttpContext.Current和当前线程的身份标识（identity）和语言（culture））

简单化：

旧版本ASP.NET中SynchronizationContext工作的很好，但是也存在棘手的问题，特别是在身份管理方面（参考：Thread.CurrentPrincipal VS HttpContext.Current.User）。

六、async/await避免阻塞式死锁最佳实践

1.         在你的“library”异步方法中，返回未完成Task时都调用ConfigureAwait(false)，标识不需要将延续任务封送回原始上下文。

尽管在ASP.NET Core中，不用再调用ConfigureAwait(false)来防止死锁。但由于你提供的“类库”可能被用于UI 应用（eg：winform、wpf等）、旧版本ASP.NET应用、其他还存在context的应用。

2.         更好的解决方案是“始终使用 async，不要混合阻塞式代码和异步代码”。

因为当你在异步代码中阻塞程序，将失去异步代码带来的所有好处。并且异步代码释放当前线程带来的伸缩性也会失效。

3.         将ASP.NET项目升级为ASP.NET Core项目

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