Async DevelopmentRaffaele Fanizziwww.vifani.com

Agenda Introduzione Perché la programmazione asincrona? Operazioni I/O bound vs CPU bound Un po di storia

Async Programming Model (APM) Event-based Async Pattern (EAP)

Task-based Asynchronous Pattern (TAP) Flusso di esecuzione dei metodi async API coinvolte

Cosa significa «concorrenza»?

La capacità di eseguire o far sembrare in esecuzione due operazioni nello stesso momento

Introduzione

Cosa significa «asincrono»?

La capacità di eseguire un’operazione senza che il richiedente resti in attesa della fine della stessa

Introduzione

• Le operazioni asincrone possono condividere un singolo thread per eseguire più operazioni

• L’obiettivo è quello di sfruttare al massimo un singolo thread, senza bloccarlo quando è in attesa di un risultato

• Asincrono != Multithreading

Perché la programmazione asincrona?

• Tanti task possono essere eseguiti insieme, ma non sempre ogni task ha bisogno di un suo thread

• L’uso spregiudicato di nuovi thread non è sempre la risposta migliore

• I thread sono costosi da creare (1 MB di stack per ogni thread)

• I thread sono costosi da gestire (lock, ReadWriterLockSlim, context switching)

Perché la programmazione asincrona?

• Perché siamo obbligati a farlo in alcuni casi

• Per migliorare l’esperienza utente lato client

• Per sfruttare al meglio i worker thread lato server

Perché la programmazione asincrona?

• CPU bound: tempo speso per l’esecuzione di elaborazioni complesse (codec video, grafica 3D, FFT, ecc…) => ideali per il multithreading

• I/O bound: tempo speso ad attendere la risposta da periferiche di I/O come il disco, la rete (web server, database server, ecc…) => ideali per la programmazione asincrona

Operazioni I/O bound vs CPU bound

• Disponibile fin dal .NET Framework 1.0

• Lo ritroviamo nelle chiamate che cominciano per Begin/End

• Restituiscono un IAsyncResult per verificare lo stato dell’esecuzione

• Callback-based

Async Programming Model (APM)

delegate AsyncCallback(IAsyncResult);

interface IAsyncResult {

object AsyncState { get; }

WaitHandle AsyncWaitHandle { get; }

bool CompletedSynchronously { get; }

bool IsCompleted { get; }

}

void BeginXxx(arg1, arg2, ..., AsyncCallback, state);

TResult EndXxx(IAsyncResult);

Async Programming Model (APM)

public static void Transfer(string url, Stream streamOut) {

var request = WebRequest.Create(url);

using (var response = request.GetResponse())

{

var streamIn = response.GetResponseStream();

var size = 1024;

var buffer = new byte[size];

while (true)

{

var lengthRead = streamIn.Read(buffer, 0, size);

if (lengthRead <= 0) break;

streamOut.Write(buffer, 0, lengthRead);

}

}

}

Codice sincrono

IAsyncResult BeginTransfer(url, streamOut, ..., callback) {

// keep context and BeginGetResponse

}

void EndGetResponse(...) {

// get streamIn and BeginRead

}

void EndRead(...) {

// data read and BeginWrite

}

void EndWrite(...) {

// data wrote and BeginRead

}

Codice asincrono APM

public void Transfer(string url, Stream streamOut) { try { var request = WebRequest.Create(url); using (var response = request.GetResponse()) { var streamIn = response.GetResponseStream(); var size = 1024; var buffer = new byte[size]; while (true) { var lengthRead = streamIn.Read(buffer, 0, size); if (lengthRead <= 0) break; streamIn.Write(buffer, 0, lengthRead); } } } catch { // ... } }

Codice sincrono robusto

IAsyncResult BeginTransfer(url, streamOut, ..., callback) {

try { ... } catch { ... }

}

void EndGetResponse(...) {

try { ... } catch { ... }

}

void EndRead(...) {

try { ... } catch { ... }

}

void EndWrite(...) {

try { ... } catch { ... }

}

Codice asincrono robusto APM

• Disponibile fin dal .NET Framework 1.0

• Lo ritroviamo nelle chiamate con suffisso Async e relativo evento Completed

• Difficile capire lo stato dell’esecuzione

• Callback-based

Event-based Async Pattern (EAP)

class XxxCompletedEventArgs : EventArgs { Exception Error { get; } TResult Result { get; }}class Worker { event EventHandler<XxxCompletedArgs> XxxCompleted; void XxxAsync(arg1, arg2, ...);}

Event-based Async Pattern (EAP)

Codice asincrono (EAP)

• Perché i precedenti pattern asincroni non hanno avuto successo?

• Produttività e pigrizia: bisogna scrivere più righe di codice, più metodi ed è più difficile gestire le eccezioni, il progresso e la cancellazione

• Resistenza psicologica: nella nostra mente identifichiamo una chiamata con un’operazione. Eventi e callback non sono naturalmente accettati

Un po’ di storia

Task-based Asynchronous Pattern (TAP) Disponibile fin dal .NET Framework 4, raggiunge piena maturazione nella versione 4.5

Si basa pesantemente sul namespace System.Threading.Task

Si sfrutta al meglio con le parole chiavi supportate dai compilatori C# 5 e VB 11

E’ da considerarsi lo standard di riferimento per tutti i nuovi sviluppi

Task-based Asynchronous Pattern (TAP) La TAP si basa su metodi con le seguenti caratteristiche

Inizia con “async [void|Task|Task<T>]” Il nome del metodo finisce con “Async” I parametri possono opzionalmente avere un CancellationToken e un IProgress<T>

async [void|Task|Task<T>] MethodNameAsync(parameters[, CancellationToken ct, IProgress<T> prog])

Task-based Asynchronous Pattern (TAP) async – Indica che un metodo ha un punto nel quale può essere interrotto

await – E’ usato prima di un’istanza di tipo Task e sospende l’esecuzione del metodo corrente fino a quando un task non si conclude

Flusso di esecuzione dei metodi async I compilatori di C# 5 e VB 11 non fanno altro che trasformare il codice successivo ad un await in una callback del task al quale l’await si riferisce

La prima await causa immediatamente l’uscita dal metodo in esecuzione

Completato il task, l’esecuzione del metodo prosegue normalmente nello stesso SynchronizationContext del chiamante

Flusso di esecuzione dei metodi async

public static void Transfer(string url, Stream streamOut) {

var request = WebRequest.Create(url);

using (var response = request.GetResponse())

{

var streamIn = response.GetResponseStream();

var size = 1024;

var buffer = new byte[size];

while (true)

{

var lengthRead = streamIn.Read(buffer, 0, size);

if (lengthRead <= 0) break;

streamOut.Write(buffer, 0, lengthRead);

}

}

}

Codice sincrono

public static async void Transfer(string url, Stream streamOut) {

var request = WebRequest.Create(url);

using (var response = await request.GetResponseAsync())

{

var streamIn = response.GetResponseStream();

var size = 1024;

var buffer = new byte[size];

while (true)

{

var lengthRead = await streamIn.ReadAsync(buffer, 0, size);

if (lengthRead <= 0) break;

await streamOut.WriteAsync(buffer, 0, lengthRead);

}

}

}

Codice asincrono (TAP)

Task-based Asynchronous Pattern (TAP) Esistono alcune limitazioni/regole

I metodi async devono avere al loro interno almeno un await

Niente parametri ref o out

API Coinvolte .NET Framework 4.5

System.IO.Stream System.IO.TextReader System.Xml.XmlReader System.Net.Mail System.Net.Http.HttpClient System.Net.WebSockets

API Coinvolte ASP.NET MVC 4

Controller con metodi asincroni ADO.NET

DbConnection DbCommand DbDataReader

Windows 8

Domande ?

Riferimenti Raffaele Fanizzi – Il mio blogwww.vifani.com

Asynchronous Programming with Async and Awaithttp://msdn.microsoft.com/en-us/library/vstudio/hh191443.aspx

Implementing the Task-based Asynchronous Patternhttp://msdn.microsoft.com/en-us/library/hh873177.aspx

Grazie per l’attenzione

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