async и await

Проблем

Три заявки по 300 ms

Страницата на продукт в онлайн магазина пита склада за цената. Складът е друга програма и отговаря за 300 ms. Ако програмата стои и чака с празни ръце, в тези 300 ms не прави нищо друго. Уеб сървър с 1000 потребители, който чака така за всеки, спира: всички се редят на опашка зад един бавен склад.

Количката с три продукта е още по-зле. Трите заявки една след друга са 900 ms, а складът би отговорил и на трите наведнъж за 300 ms.

Идеята

Задача вместо чакане

Когато в кафенето поръчаш на касата, не стоиш на гишето, докато ти направят кафето. Взимаш номерче и правиш друго, а когато кафето е готово, го взимаш.

В C# номерчето е Task (задача): обект за работа, която ще свърши по-късно.

• Task<decimal> е задача, която накрая ще даде decimal, например цена. Task без тип само казва „готово“.
• Методът, който чака нещо, се отбелязва с async и връща задача. По правило името му завършва на Async.
• await пред задачата значи „чакай резултата, но без да спираш програмата“. Докато задачата не е готова, програмата може да върши друга работа, например да приеме следващия клиент.

Виж го

async и await

Складът е клас с един метод. Task.Delay(300) е задача, която свършва след 300 ms. Тук тя играе бавния склад:

class Warehouse
{
    static Dictionary<string, decimal> prices = new Dictionary<string, decimal>
    {
        { "Еспресо на зърна", 24.90m },
        { "Зелен чай сенча", 9.80m },
        { "Мента", 4.20m },
    };

    public static async Task<decimal> GetPriceAsync(string product)
    {
        await Task.Delay(300);
        return prices[product];
    }
}

Програмата пита за цената и я чака с await:

Console.WriteLine("Питам за цената...");
decimal price = await Warehouse.GetPriceAsync("Еспресо на зърна");
Console.WriteLine("Цена: " + price + " €");

Изход

Питам за цената...
Цена: 24.90 €

• async Task<decimal>: методът е асинхронен и накрая дава decimal. В тялото пишеш return 24.90m, а не return на задача: задачата прави компилаторът.
• await може да се пише само в async метод или в top-level кода на програмата.
• await Warehouse.GetPriceAsync(…) дава направо decimal. Задачата се „разопакова“.

По-точно, за любопитните

• С обвивката class Program методът Main също става асинхронен: static async Task Main(). Top-level кодът с await е съкратен запис на точно това.

class Program
{
    static async Task Main()
    {
        decimal price = await Warehouse.GetPriceAsync("Мента");
        Console.WriteLine("Цена: " + price + " €");
    }
}

Изход

Цена: 4.20 €

• Истинската работа, която се чака, е мрежа, диск или база данни: HttpClient (урокът „Първият ти сървър“), File.ReadAllTextAsync, заявки към база. Task.Delay само я замества тук, за да работи кодът без мрежа.

Пробвай

В какъв ред

Какво ще отпечата програмата?

Console.WriteLine("Поръчката е приета");
Task<decimal> priceTask = GetPriceAsync();
Console.WriteLine("Чакам цената");
decimal price = await priceTask;
Console.WriteLine("Цена: " + price + " €");

static async Task<decimal> GetPriceAsync()
{
    Console.WriteLine("Питам склада");
    await Task.Delay(300);
    Console.WriteLine("Складът отговори");
    return 24.90m;
}

Отговор

Поръчката е приета
Питам склада
Складът отговори
Чакам цената
Цена: 24.90 €

Поръчката е приета
Питам склада
Чакам цената
Складът отговори
Цена: 24.90 €

Поръчката е приета
Чакам цената
Питам склада
Складът отговори
Цена: 24.90 €

Провери

Виж го

Една след друга или едновременно

Количката има три продукта:

List<string> products = new List<string> { "Еспресо на зърна", "Зелен чай сенча", "Мента" };

С await в цикъла всяка заявка чака предишната:

// Една след друга: около 900 ms.
foreach (string product in products)
{
    decimal price = await Warehouse.GetPriceAsync(product);
    Console.WriteLine(product + ": " + price + " €");
}

Изход

Еспресо на зърна: 24.90 €
Зелен чай сенча: 9.80 €
Мента: 4.20 €

Ако първо пуснеш трите задачи и чак после чакаш, те вървят едновременно. Task.WhenAll е задача, която свършва, когато свършат всички, и дава резултатите им в масив, в реда на задачите:

// Едновременно: около 300 ms.
List<Task<decimal>> tasks = products.Select(p => Warehouse.GetPriceAsync(p)).ToList();
decimal[] prices = await Task.WhenAll(tasks);
for (int i = 0; i < products.Count; i++)
{
    Console.WriteLine(products[i] + ": " + prices[i] + " €");
}

Изход

Еспресо на зърна: 24.90 €
Зелен чай сенча: 9.80 €
Мента: 4.20 €

Select от урока за LINQ вика GetPriceAsync за всеки продукт. Методът не чака, а връща задача, затова tasks е списък от три задачи, които вече вървят. Изходът е същият, но чакането е колкото най-бавната заявка, около 300 ms вместо 900.

foreach (string product in products)
{
    decimal price = await Warehouse.GetPriceAsync(product);
    Console.WriteLine(product + ": " + price + " €");
}

List<Task<decimal>> tasks = products.Select(p => Warehouse.GetPriceAsync(p)).ToList();
decimal[] prices = await Task.WhenAll(tasks);
for (int i = 0; i < products.Count; i++)
{
    Console.WriteLine(products[i] + ": " + prices[i] + " €");
}

Стъпка по стъпка, с думи

1. Три продукта. Складът отговаря на всяка заявка след 300 ms.
2. await спира цикъла, докато складът отговори за „Еспресо на зърна“. Следващата заявка още не е тръгнала.
3. await спира цикъла, докато складът отговори за „Зелен чай сенча“. Следващата заявка още не е тръгнала.
4. await спира цикъла, докато складът отговори за „Мента“. Следващата заявка още не е тръгнала.
5. Една след друга: 3 × 300 = 900 ms.
6. Select пуска трите заявки наведнъж. Всяка връща Task веднага, без да чака.
7. await Task.WhenAll чака всички задачи. Трите чакания вървят едновременно.
8. След 300 ms и трите цени са готови: 300 ms вместо 900. Изходът е същият.

По-точно, за любопитните

• Задачите може да са от различен тип. Тогава WhenAll само чака, а резултатите взимаш от всяка задача с await. Задачата вече е готова, затова този await не чака:

Task<decimal> priceTask = Warehouse.GetPriceAsync("Мента");
Task<int> stockTask = GetStockAsync("Мента");
await Task.WhenAll(priceTask, stockTask);
Console.WriteLine("Мента: " + await priceTask + " €, " + await stockTask + " бр.");

static async Task<int> GetStockAsync(string product)
{
    await Task.Delay(300);
    return 14;
}

Изход

Мента: 4.20 €, 14 бр.

• Капан: .Result и .Wait(). task.Result дава резултата, а task.Wait() чака, но и двете блокират програмата, докато задачата свърши. Губиш ползата от async, а в приложение с прозорци (WPF) или в стар ASP.NET проект програмата може да зависне завинаги: чака задача, която чака нея. Освен това изключението идва обвито в AggregateException. Пиши await.
• Капан: async void. Метод async void не връща задача, затова никой не може да го изчака, а изключението му не се хваща с try около извикването. Пиши async Task. async void е само за обработчици на събития (урокът за WPF).

Пробвай

Изчакай всички

Кой метод чака всички задачи от списъка и дава резултатите им?

decimal[] prices = await Task.(tasks);

Провери

Виж го

Когато складът откаже

Какао в склада няма. prices[product] хвърля KeyNotFoundException, както в урока за речниците. Изключението в async метод се пази в задачата и излиза при await. Затова се хваща, както си свикнал, с try около await:

try
{
    decimal price = await Warehouse.GetPriceAsync("Какао");
    Console.WriteLine("Цена: " + price + " €");
}
catch (KeyNotFoundException)
{
    Console.WriteLine("Няма такъв продукт");
}

Изход

Няма такъв продукт

По-точно, за любопитните

• Ако при Task.WhenAll се провалят няколко задачи, await хвърля първото изключение. Останалите са в task.Exception на всяка задача. Задачите, които не са се провалили, имат резултат, затова можеш да ги изчакаш една по една, всяка в свой try (задача 2 от упражнението).
• Ако заявка може да продължи твърде дълго, истинският код я прекъсва след време с CancellationToken. Ще го срещнеш в HttpClient и в уеб сървъра.

Пробвай

Грешката, която не се хвана

Програмата трябва да отпечата „Няма такъв продукт“, но спира с KeyNotFoundException. На кой ред е проблемът?

Избери реда с грешката.

1Task<decimal> task;2try3{4 task = Warehouse.GetPriceAsync("Какао");5}6catch (KeyNotFoundException)7{8 Console.WriteLine("Няма такъв продукт");9 return;10}11decimal price = await task;12Console.WriteLine("Цена: " + price + " €");

Провери

Упражнение

Цените на поръчката

Реши задачите в редактора си. Ползвай класа Warehouse от урока.

1. Последователно и едновременно. Вземи цените на трите продукта веднъж една след друга и веднъж с Task.WhenAll, после отпечатай общата сума. Сложи // около 900 ms и // около 300 ms като коментари под двата начина. Ако искаш да го измериш, System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew() пуска хронометър, а ElapsedMilliseconds казва колко е минало:

Изход

Една след друга:
  Еспресо на зърна: 24.90 €
  Зелен чай сенча: 9.80 €
  Мента: 4.20 €
Едновременно:
  Еспресо на зърна: 24.90 €
  Зелен чай сенча: 9.80 €
  Мента: 4.20 €
Общо: 38.90 €

2. Отказана заявка. Поръчката е мента, какао и еспресо. Пусни трите заявки едновременно, после изчакай всяка в свой try. За липсващия продукт отпечатай „няма го в склада“, а сумата да е само на наличните:

Изход

Мента: 4.20 €
Какао: няма го в склада
Еспресо на зърна: 24.90 €
За плащане: 29.10 €

Тест

Провери се

1. Какво връща метод async Task<decimal> GetPriceAsync(), когато го извикаш без await?

Нищо, докато не свършиTask<decimal>: задача, която по-късно ще даде ценатаЦената, след като я изчака

2. Три заявки по 300 ms се пускат с Task.WhenAll. Около колко продължава чакането?

900 ms300 ms100 ms

3. Async метод хвърля изключение след await Task.Delay(300). Къде го хващаш?

Не може да се хванеВ try около извикването на метода, без awaitВ try около await на задачата

4. Защо task.Result е капан?

Не се компилираБлокира програмата, докато задачата свърши, и губиш ползата от asyncВръща грешен резултат

Провери

Започни урока отначало