开发进阶：Dotnet Core多路径异步终止

本文转载自微信公众号「老王Plus」，作者老王Plus的老王 。转载本文请联系老王Plus公众号。

今天用一个简单例子说说异步的多路径终止。我尽可能写得容易理解吧，但今天的内容需要有一定的编程能力。

今天这个话题，来自于最近对gRPC的一些技术研究。

话题本身跟gRPC没有太大关系。应用中，我用到了全双工数据管道这样一个相对复杂的概念。

我们知道，全双工连接是两个节点之间的连接，但不是简单的“请求-响应”连接。任何一个节点都可以在任何时间发送消息。概念上，还是有客户端和服务端的区分，但这仅仅是概念上，只是为了区分谁在监听连接尝试，谁在建立连接。实际上，做一个双工的API比做一个“请求-响应”式的API要复杂得多。

由此，延伸出了另一个想法：做个类库，在库内部构建双工管道，供给消费者时，只暴露简单的内容和熟悉的方式。

一、开始

假设我们有这样一个API：

• 客户端建立连接
• 有一个SendAsync消息从客户端发送到服务器
• 有一个TryReceiveAsync消息，试图等待来自服务器的消息(服务器有消息发送为True，返之为False)
• 服务器控制数据流终止，如果服务器发送完最后一条消息，则客户端不再发送任何消息。

接口代码可以写成这样：

interface ITransport<TRequest, TResponse> : IAsyncDisposable 
{ 
    ValueTask SendAsync(TRequest request, CancellationToken cancellationToken); 
    ValueTask<(bool Success, TResponse Message)> TryReceiveAsync(CancellationToken cancellationToken); 
} 

忽略连接的部分，代码看起来并不复杂。

下面，我们创建两个循环，并通过枚举器公开数据：

ITransport<TRequest, TResponse> transport; 
public async IAsyncEnumerable<TResponse> ReceiveAsync([EnumeratorCancellation] CancellationToken cancellationToken) 
{ 
    while (true) 
    { 
        var (success, message) = 
            await transport.TryReceiveAsync(cancellationToken); 
        if (!success) break; 
        yield return message; 
    } 
} 
 
public async ValueTask SendAsync(IAsyncEnumerable<TRequest> data, CancellationToken cancellationToken) 
{ 
    await foreach (var message in data.WithCancellation(cancellationToken)) 
    { 
        await transport.SendAsync(message, cancellationToken); 
    } 
} 

这里面用到了异步迭代器相关的概念。如果不明白，可以去看我的另一篇专门讨论异步迭代器的文章，【传送门】。

二、解决终止标志

好像做好了，我们用循环接收和发送，并传递了外部的终止标志给这两个方法。

真的做好了吗?

还没有。问题出在终止标志上。我们没有考虑到这两个流是相互依赖的，特别是，我们不希望生产者(使用SendAsync的代码)在任何连接失败的场景中仍然运行。

实际上，会有比我们想像中更多的终止路径：

• 我们可能已经为这两个方法提供了一个外部的终止令牌，并且这个令牌可能已经被触发
• ReceiveAsync的消费者可能已经通过WithCancellation提供了一个终止令牌给GetAsyncEnumerator，并且这个令牌可能已经被触发
• 我们的发送/接收代码可能出错了
• ReceiveAsync的消费者在数据获取到中途，要终止获取了 - 一个简单的原因是处理收到的数据时出错了
• SendAsync中的生产者可能发生了错误

这只是一些可能的例子，但实际的可能会更多。

本质上，这些都表示连接终止，因此我们需要以某种方式包含所有这些场景，进而允许发送和接收路径之间传达问题。换句话说，我们需要自己的CancellationTokenSource。

显然，这种需求，用库来解决是比较完美的。我们可以把这些复杂的内容放在一个消费者可以访问的单一API中：

public IAsyncEnumerable<TResponse> Duplex(IAsyncEnumerable<TRequest> request, CancellationToken cancellationToken = default); 

这个方法：

• 允许它传入一个生产者
• 通话它传入一个外部的终止令牌
• 有一个异步的响应返回

使用时，我们可以这样做：

await foreach (MyResponse item in client.Duplex(ProducerAsync())) 
{ 
    // ... todo 
} 
async IAsyncEnumerable<MyRequest> ProducerAsync([EnumeratorCancellation] CancellationToken cancellationToken = default) 
{ 
    for (int i = 0; i < 100; i++) 
    { 
        yield return new MyRequest(i); 
        await Task.Delay(100, cancellationToken); 
    } 
} 

上面这段代码中，我们ProducerAsync还没有实现太多内容，目前只是传递了一个占位符。稍后我们可以枚举它，而枚举行为实际上调用了代码。

回到Duplex。这个方法，至少需要考虑两种不同的终止方式：

• 通过cancellationToken传入的外部令牌
• 使用过程中可能传递给GetAsyncEnumerator()的潜在的令牌

这儿，为什么不是之前列出的更多种终止方式呢?这儿要考虑到编译器的组合方式。我们需要的不是一个CancellationToken，而是一个CancellationTokenSource。

public IAsyncEnumerable<TResponse> Duplex(IAsyncEnumerable<TRequest> request, CancellationToken cancellationToken = default) => DuplexImpl(transport, request, cancellationToken); 
 
private async static IAsyncEnumerable<TResponse> DuplexImpl(ITransport<TRequest, TResponse> transport, IAsyncEnumerable<TRequest> request, CancellationToken externalToken, [EnumeratorCancellation] CancellationToken enumeratorToken = default) 
{ 
    using var allDone = CancellationTokenSource.CreateLinkedTokenSource(externalToken, enumeratorToken); 
    // ... todo 
} 

这里，DuplexImpl方法允许枚举终止，但又与外部终止标记保持分离。这样，在编译器层面不会被合并。在里面，CreateLinkedTokenSource反倒像编译器的处理。

现在，我们有一个CancellationTokenSource，需要时，我们可能通过它来终止循环的运行。

using var allDone = CancellationTokenSource.CreateLinkedTokenSource(externalToken, enumeratorToken); 
try 
{ 
    // ... todo 
} 
finally 
{ 
    allDone.Cancel(); 
} 

通过这种方式，我们可以处理这样的场景：消费者没有获取所有数据，而我们想要触发allDone，但是我们退出了DuplexImpl。这时候，迭代器的作用就很大了，它让程序变得更简单，因为用了using，最终里面的任何内容都会定位到Dispose/DisposeAsync。

下一个是生产者，也就是SendAsync。它也是双工的，对传入的消息没有影响，所以可以用Task.Run作为一个独立的代码路径开始运行，而如果生产者出现错误，则终止发送。上边的todo部分，可以加入：

var send = Task.Run(async () => 
{ 
    try 
    { 
        await foreach (var message in request.WithCancellation(allDone.Token)) 
        { 
            await transport.SendAsync(message, allDone.Token); 
        } 
    } 
    catch 
    { 
        allDone.Cancel(); 
        throw; 
    } 
}, allDone.Token); 
 
// ... todo: receive 
 
await send; 

这里启动了一个生产者的并行操作SendAsync。注意，这里我们用标记allDone.Token把组合的终止标记传递给生产者。延迟await是为了允许ProducerAsync方法里可以使用终止令牌，以满足复合双工操作的生命周期要求。

这样，接收代码就变成了：

while (true) 
{ 
    var (success, message) = await transport.TryReceiveAsync(allDone.Token); 
    if (!success) break; 
    yield return message; 
} 
 
allDone.Cancel(); 

最后，把这部分代码合在一起看看：

private async static IAsyncEnumerable<TResponse> DuplexImpl(ITransport<TRequest, TResponse> transport, IAsyncEnumerable<TRequest> request, CancellationToken externalToken, [EnumeratorCancellation] CancellationToken enumeratorToken = default) 
{ 
    using var allDone = CancellationTokenSource.CreateLinkedTokenSource(externalToken, enumeratorToken); 
    try 
    { 
        var send = Task.Run(async () => 
        { 
            try 
            { 
                await foreach (var message in request.WithCancellation(allDone.Token)) 
                { 
                    await transport.SendAsync(message, allDone.Token); 
                } 
            } 
            catch 
            { 
                allDone.Cancel(); 
                throw; 
            } 
        }, allDone.Token); 
 
        while (true) 
        { 
            var (success, message) = await transport.TryReceiveAsync(allDone.Token); 
            if (!success) break; 
            yield return message; 
        } 
 
        allDone.Cancel(); 
 
        await send; 
    } 
    finally 
    { 
        allDone.Cancel(); 
    } 
} 

三、总结

相关的处理就这么多。这里实现的关键点是：

• 外部令牌和枚举器令牌都对allDone有贡献
• 传输中发送和接收代码使用allDone.Token
• 生产者枚举使用allDone.Token
• 任何情况下退出枚举器，allDone都会被终止
• 如果传输接收错误，则allDone被终止
• 如果消费者提前终止，则allDone被终止
• 当我们收到来自服务器的最后一条消息后，allDone被终止
• 如果生产者或传输发送错误，allDone被终止

最后多说一点，关于ConfigureAwait(false)：

默认情况下，await包含一个对SynchronizationContext.Current的检查。除了表示额外的上下文切换之外，在UI应用程序的情况下，它也意味着在UI线程上运行不需要在UI线程上运行的代码。库代码通常不需要这样做。因此，在库代码中，通常应该在所有用到await的地方使用. configureawait (false)来绕过这个检查。而在一般应用程序的代码中，应该默认只使用await而不使用ConfigureAwait，除非你知道你在做什么。

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