Обмеження, антипатерни й налагодження

Обмеження кількості одночасних операцій

Task.WhenAll для тисячі задач запускає тисячу операцій одночасно. Для файлів це тисяча відкритих дескрипторів, для мережі – тисяча з’єднань, які сервер може вважати атакою. Кількість одночасних операцій обмежують асинхронним семафором SemaphoreSlim (тема 3): метод WaitAsync() очікує вільне місце, не блокуючи потік. Кожна операція виконує await gate.WaitAsync(token) перед початком і gate.Release() у блоці finally, а всі задачі очікуються Task.WhenAll (приклад «Асинхронне читання файлів»).

Альтернатива для простих випадків – Parallel.ForEachAsync з параметром MaxDegreeOfParallelism (тема 6).

HttpClient

HttpClient призначений для багаторазового використання: один екземпляр на застосунок (або IHttpClientFactory), а не новий на кожен запит, інакше вичерпуються сокети. Властивість Timeout за замовчуванням дорівнює 100 с і діє на весь запит; індивідуальний таймаут окремого запиту задають токеном CancellationTokenSource з CancelAfter. Рекомендації: https://learn.microsoft.com/dotnet/fundamentals/networking/http/httpclient-guidelines.

У прикладах цього курсу HttpClient звертається лише до локального тестового сервера на HttpListener, запущеного в тій самій програмі, тому програми працюють без інтернету. Сам HttpListener Microsoft не рекомендує для нових розробок – справжні вебсервіси будують на ASP.NET Core (тема 14), але для навчального сервера з кількох рядків він зручний.

Антипатерни асинхронного коду

• async void. Викликальник не може дочекатися такого методу, а виняток з нього не потрапляє в try/catch викликальника і завершує процес. async void допустимий лише для обробників подій; в усіх інших випадках метод повертає Task.
• Синхронне очікування асинхронного коду (sync-over-async): GetDataAsync().Result, .Wait(), .GetAwaiter().GetResult(). Це блокує потік і в контексті синхронізації веде до взаємоблокування, а на сервері – до голодування пулу потоків (thread pool starvation): усі потоки пулу заблоковані й чекають на продовження, яким бракує потоків.
• Асинхронне обгортання синхронного (async-over-sync) у бібліотеках: метод Task<int> ComputeAsync() => Task.Run(Compute) вводить в оману, бо виглядає як I/O-операція. Task.Run вирішує викликальник.
• «Забуті» задачі (fire-and-forget): DoWorkAsync(); без await. Помилка стає незаспостереженою, а програма може завершитися раніше за задачу. Якщо задачу справді не чекають, це позначають відкиданням _ = DoWorkAsync(); і обробляють винятки всередині.
• Thread.Sleep в асинхронному методі блокує потік пулу; замість нього – await Task.Delay.
• Спільний стан без синхронізації. Продовження після await можуть виконуватися паралельно на різних потоках, тому зміна спільного лічильника з кількох задач потребує Interlocked або блокування (тема 3). lock не може містити await; для асинхронного взаємного виключення використовують SemaphoreSlim(1, 1).

Налагодження задач у Rider

Вікно налагодження Rider (Debug) має кілька вкладок для багатопотокових і асинхронних програм (https://www.jetbrains.com/help/rider/Debugging_Multithreaded_Applications.html):

• Threads & Variables – список потоків, стек вибраного потоку і змінні кадру;
• Parallel Stacks – діаграма стеків усіх потоків: однакові частини стеків об’єднано, тому видно, скільки потоків виконують той самий код;
• Tasks – стан об’єктів Task і ValueTask у точці зупину: ідентифікатор, статус, метод.

Щоб побачити очікування, програму призупиняють кнопкою Pause Program під час роботи прикладу з кількома завантаженнями (рис. 5.8). Асинхронний метод, який чекає, не займає потоку, тому у вкладці Threads & Variables його не видно – його показує вкладка Tasks і асинхронні ланцюжки викликів.

Знімок екрана

Rider: Debug the local HttpClient download example, Pause Program while downloads wait; Debug window, Parallel Stacks tab (and Tasks tab) with several awaiting method chains

Рис. 5.8. Паралельні стеки та задачі в Rider