Krótka historia asynchroniczności w .NET 1-4.5

1. Krótka historiaasynchroniczności w .NET 1-4.5 Jakub Binkowski

2. O mnie • Jakub Binkowski • Senior .NET Developer @ Rule Financial • Microsoft MVP w latach 2008-2011 • MCP, MCTS, MCPD • Lider Łódzkiej Grupy Profesjonalistów IT & .NET • Jakub@Binkowski.com.pl

3. Agenda • Dlaczego asynchroniczność? • Jak? • Asynchronous Programming Model (APM) • Event-basedAsynchronousPattern (EAP) • Task-basedAsynchronousPattern (TAP) • Async i await w .NET 4.5 • Asynchroniczny ASP.NET • Testy jednostkowe

4. Dlaczego asynchroniczność?

5. Przypomnienie: Wątek jest drogi • Pamięć: • ponad 1MB (pamięć zarezerwowana) • Czas: • Powiadomienia o utworzeniu i zamknięciu wątku (do wszystkich DLL) • Przełączenia kontekstu

6. Przypomnienie: Pula wątków • Zbiór wątków dostępnych dla aplikacji • Jedna na proces (CLR) • Ilość wątków w puli • Minimalna ilość wątków = ilość procesorów logicznych • Maksymalna – zależy od środowiska • Algorytm – czarna skrzynka • Klasa ThreadPool

7. Przykład 1 – ASP.NET

8. Przykład 1 – ASP.NET publicActionResultAvatarDetails(){varurl = "http://...";var data = newWebClient().DownloadData(url); var bitmap = newBitmap(newMemoryStream(data));var model = newAvatarModel    {AvatarUrl = url,Size = data.Length,Width = bitmap.Width,Height = bitmap.Height    };returnView(model);}

9. Gdzie jest problem? • Pula wątków obsługujących żądania • Dla uproszczenia – pula = 3 wątki; 3 procesory HTML Web Service HTML Web Service DB HTML CPU = 66%

10. Gdzie jest problem? • Pula wątków obsługujących żądania • Dla uproszczenia – pula = 3 wątki; 3 procesory DB Web Service HTML HTML HTML Web Service CPU = 33%

11. Gdzie jest problem? • Pula wątków obsługujących żądania • Dla uproszczenia – pula = 3 wątki; 3 procesory Web Service HTML HTML HTML Web Service DB ! CPU = 0%

12. Operacje obliczeniowe Wątek

13. Operacje I/O (synchroniczne) Wątek Urządzenie Operacja I/O

14. Gdyby… • 1 cykl procesora = 1 sekunda: • Rejestr: 1s • Pamięć: 5-10s • Dysk: 3 miesiące • Sieć: 30 lat

15. Przykład 2 - WPF

16. Przykład 2 - WPF voidButton_Click(objectsender, RoutedEventArgs e){var data = newWebClient().DownloadData(tbUrl.Text);var bitmap = newBitmapImage();bitmap.BeginInit();bitmap.StreamSource = newMemoryStream(data);bitmap.EndInit();imgAvatar.Source = bitmap;} Uwaga! Brzydki kod

17. Przykład 2 – WPF (aplikacja desktop) • Tylko jeden wątek obsługuje UI • W czasie wykonywania operacji aplikacja nie odpowiada

18. Programowanie synchroniczneProblemy • Problem 1:Pula wątków blokowana przez zewnętrzne urządzenia (I/O) • Problem 2:Wątek UI zajęty przez długotrwałą operację

19. Wzorce asynchroniczne APM vs EAP vs TAP

20. Kod synchroniczny • API: publicinterfaceIMyType { intDoSomething(int a); } • Wywołanie: IMyTypetype = /*..*/; intresult = type.DoSomething(10);

21. Asynchronous Programming ModelAPI publicinterfaceIMyType { IAsyncResultBeginDoSomething(inta, AsyncCallbackcallback, objectstate); intEndDoSomething(IAsyncResultasyncResult); }

22. Asynchronous Programming Model Użycie – wariant 1 IMyTypetype = /*..*/; IAsyncResultasyncRes= type.BeginDoSomething(10, null, null); //... intresult = type.EndDoSomething(asyncRes); //...

23. Asynchronous Programming ModelUżycie – wariant 2 classMyProgram { privateIMyType _type; publicvoid Begin() { _type.BeginDoSomething(10, OnDoSomethingFinished, null); } privatevoidOnDoSomethingFinished(IAsyncResultasyncRes) { intresult = _type.EndDoSomething(asyncRes); //... } }

24. Asynchronous Programming ModelUżycie – wariant 2b IMyTypetype = /*..*/; type.BeginDoSomething(10, asyncRes => { intresult = type.EndDoSomething(asyncRes); //... }, null);

25. DemoAsynchronous Programming Model

26. Trochę historii • Oryginalnie IAsyncResult jedynym wzorcem • Wg zespołu Windows FormsIAsyncResult jest • zbyt skomplikowany • nie pasuje do trybu design • wymaga pilnowania wątków • Efekt – alternatywne podejście:Event-baseAsynchronous Programming

27. Event-basedAsynchronous ProgrammingAPI publicinterfaceIMyType { voidDoSomethingAsync(int a); eventDoSomethingCompletedEventHandlerDoSomethingCompleted; } publicclassDoSomethingCompletedEventArgs: AsyncCompletedEventArgs { publicint Result { get; set; }/*…*/ } publicdelegatevoidDoSomethingCompletedEventHandler(objectsender, DoSomethingCompletedEventArgsargs);

28. Event-basedAsynchronous ProgrammingUżycie IMyTypetype = /*...*/; type.DoSomethingCompleted += (sender, args) => { intresult = args.Result; //... }; type.DoSomethingAsync(10);

29. DemoEvent-basedAsynchronous Programming

30. APMZastosowanie • FCL: 60 klas • Strumienie (System.IO.Stream) • DNS (System.Net.Dns) • Gniazda sieciowe (System.Net.Sockets.Socket) • Żądania sieciowe (System.Net.WebRequest) • Polecenia SQL (System.Data.SqlClient.SqlCommand) • Porty (System.IO.Ports.SerialPort) • Web/Service References

31. EAPZastosowanie • FCL: 17 klas • System.ComponentModel.BackgroundWorker; • System.Net.WebClient; • System.Net.NetworkInformation.Ping; • System.Windows.Forms.PictureBox; • System.Net.Mail.SmtpClient; • i inne…

32. APM czy EAP?

33. Gdzie jest problem? 

34. Gdzie jest problem? 

35. W drodze ku lepszemu • .NET 4.0 wprowadził nowy model programowania równoległego – TaskParallel Library • C# 4.5 wprowadzi nowy model programowania asynchronicznego:Task-basedAsynchronous Programming • APM i EAP staną się przestarzałe

36. Idea TAP • Niech deweloperzy piszą kod prawie tak samo • „Magią” niech zajmie się kompilator

37. Task-basedAsynchronous ProgrammingAPI publicinterfaceIMyType { Task<int> DoSomethingTask(inta); }

38. Task-basedAsynchronous ProgrammingAPI publicinterfaceIMyType { Task<int> DoSomethingTask(inta); }

39. Task-basedAsynchronous ProgrammingUżycie publicasyncTask<bool> IsSomethingZeroAsync(int a) { IMyTypetype = /*...*/; varvalue = awaittype.DoSomethingAsync(a); returnvalue == 0; }

40. Task-basedAsynchronous ProgrammingUżycie publicasyncTask<bool> IsSomethingZeroAsync(int a) { IMyTypetype = /*...*/; varvalue = awaittype.DoSomethingAsync(a); returnvalue == 0; }

41. Task-basedAsynchronous ProgrammingUżycie publicasyncTask<bool> IsSomethingZeroAsync(int a) { IMyTypetype = /*...*/; varvalue = awaittype.DoSomethingAsync(a); returnvalue == 0; }

42. Task-basedAsynchronous ProgrammingUżycie publicasyncTask<bool> IsSomethingZeroAsync(int a) { IMyTypetype = /*...*/; varvalue = awaittype.DoSomethingAsync(a); returnvalue == 0; }

43. DemoTask-basedAsynchronous Programming

44. ASP.NET Asynchroniczne ASP.NET MVC 3 i 4

45. DemoASP.NET MVC 3

46. Synchroniczny kontrolerASP.NET MVC 3 publicclassHomeController : Controller{ publicActionResultAvatarDetails(){varclient = newWebClient(); vardata = client.DownloadData(newUri("…"));//...return View();}}

47. Asynchroniczny kontrolerASP.NET MVC 3 publicclassHomeController : AsyncController{ publicvoidAvatarDetailsAsync(){AsyncManager.OutstandingOperations.Increment();var client = newWebClient();client.DownloadDataCompleted += (s, a) =>            {AsyncManager.Parameters["data"] = a.Result;AsyncManager.OutstandingOperations.Decrement();            };client.DownloadDataAsync(newUri("…"));    }publicActionResultAvatarDetailsCompleted(byte[] data)    {//...return View();    }}

48. Asynchroniczny kontrolerASP.NET MVC 3 publicclassHomeController : AsyncController{ publicvoidAvatarDetailsAsync()    {AsyncManager.OutstandingOperations.Increment();var client = newWebClient();client.DownloadDataCompleted += (s, a) =>            {AsyncManager.Parameters["data"] = a.Result;AsyncManager.OutstandingOperations.Decrement();            };client.DownloadDataAsync(newUri("…"));    }publicActionResultAvatarDetailsCompleted(byte[] data)    {//...return View();    }}

49. Asynchroniczny kontrolerASP.NET MVC 3 publicclassHomeController : AsyncController{ publicvoidAvatarDetailsAsync()    {AsyncManager.OutstandingOperations.Increment();var client = newWebClient();client.DownloadDataCompleted += (s, a) =>            {AsyncManager.Parameters["data"] = a.Result;AsyncManager.OutstandingOperations.Decrement();            };client.DownloadDataAsync(newUri("…"));    }publicActionResultAvatarDetailsCompleted(byte[] data)    {//...return View();    }}

50. Asynchroniczny kontrolerASP.NET MVC 3 publicclassHomeController : AsyncController{ publicvoidAvatarDetailsAsync()    {AsyncManager.OutstandingOperations.Increment();var client = newWebClient();client.DownloadDataCompleted += (s, a) =>            {AsyncManager.Parameters["data"] = a.Result;AsyncManager.OutstandingOperations.Decrement();            };client.DownloadDataAsync(newUri("…"));    }publicActionResultAvatarDetailsCompleted(byte[] data)    {//...return View();    }}