每次只能使用async await执行一个任务

Question

在我的面试中，我被要求创建一个异步包装器来处理一些长时间运行的方法，处理一些数据，但是要创建它，以便只能同时运行一个任务。我对async/await模式不太熟悉，所以我尽力写了一些混合了任务样式和事件样式的代码，因此我的包装器正在执行当前任务，并公开了一个公共方法和一个公共事件。该方法将要处理的数据作为参数传入，如果没有正在运行的任务，则启动一个任务，如果有任务，则将数据加入队列。任务完成后会触发公共事件，将处理结果发送给订阅者，并在有任何排队等待的情况下启动一个新任务。

所以，你可能已经猜到了，我在面试中失败了，但现在我做了一些研究，正在尝试弄清楚如何正确地完成它（它也应该是线程安全的，但我太忙于担心这个问题）。所以我的问题是，如果我有...

public class SynchronousProcessor
{
    public string Process(string arg)
    {
        Thread.Sleep(1500); //Work imitation
        return someRandomString;
    }
}

public class AsynchronousWrapper
{
    SynchronousProcessor proc = new SynchronousProcessor();

    public async Task<string> ProcessAsync(string arg)
    {
        return Task.Run(() => proc.Process(arg));
    } 
}

如果已经有一个任务正在执行，我应该如何正确处理对ProcessAsync(string)的调用？

- Dmitry Pavlushin

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@MickyD，确实需要一个包装器，因为我的任务是这样制定的：“编写一个包装器…”。 而且SynchronousProcessor类应该被视为库类，因此其代码保持不变。 - Dmitry Pavlushin

@MickyD，你怎么能说不需要AsyncWrapper呢？如果这个方法是从UI调用的，显然你不想阻塞它吧？ - MistyK

@MickyD 这真的取决于情况。如果只是在新线程中执行工作负载，我会同意。然而，在这里，它是关于提供一个包装器，确保一次只执行一个调用。在其中放置 Task.Run 是完全可以的，因为它周围也会有一些非平凡的逻辑。 - Kevin Gosse

不要在常规方法调用中使用lock，而是使用带有异步调用的SemaphoreSlim。lock无法包装异步调用，但SemaphoreSlim可以。https://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/system.threading.semaphoreslim(v=vs.110).aspx，https://gist.github.com/tugberkugurlu/5917020 - ps2goat

@MickyD 感谢您的澄清。我几乎确定您是指这篇文章。尽管如Kevin所提到的，并非总是如此。 - MistyK

Answer 1

许多面试问题问的目的不是为了看你编写代码，通常问题有点模糊，特别是为了看看你会问什么澄清问题 - 你的问题决定你的表现。在白板上编写代码最多是次要的。

给我一个任务创建异步包装器，处理一些数据

第一个问题：这个长时间运行的方法是异步的吗？如果是的话，则不需要使用Task.Run。但如果不是...

跟进问题：如果它不是异步的，是否应该是异步的？例如，它是否基于I/O？如果是这样，那么我们可以投入时间使其正常异步化。但如果不是...

跟进问题：如果我们需要一个任务包装器（围绕CPU代码或阻塞I/O代码），环境是否同意使用包装器？也就是说，这是一个桌面/移动应用程序，而不是将在ASP.NET中使用的代码？

创建它以便每次只能运行一个任务。

澄清问题：当一个请求已经在运行时，如果第二个请求进来，第二个请求会“排队”吗？还是会与现有请求“合并”？如果合并，它们是否需要“键入”输入数据 - 还是某些输入数据的子集？

每个问题都会改变答案结构。

公开方法和公开事件。

这可能是引起困惑的地方。在Task<T> / IProgress<T>和Rx之间，事件很少需要使用。如果你的团队不会学习Rx，那么它们确实只应该在必要时使用。

哦，不用担心“失败”的面试。在我职业生涯中我“失败”了超过三分之二的面试。我只是不善于面试。

- Stephen Cleary

Answer 2

这取决于你想要多么复杂。一个简单的方法是存储任务，并链接后续任务（稍微同步一下）：

public class AsynchronousWrapper
{
    private Task previousTask = Task.CompletedTask;     
    private SynchronousProcessor proc = new SynchronousProcessor();

    public Task<string> ProcessAsync(string arg)
    {
        lock (proc)
        {
            var task = previousTask.ContinueWith(_ => proc.Process(arg));

            previousTask = task;

            return task;
        }           
    } 
}

- Kevin Gosse

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有趣的是，与我的答案相比有什么不同呢？ - MistyK

previousTask 不是静态变量，因此使用其他 AsynchronousWrapper 实例的其他线程将并行执行。任务链接意味着最后一个任务必须等待所有先前的任务完成，这可能会让消费者感到惊讶。而且它使用了 lock 阻塞线程，这实际上并不是异步的。 - VMAtm

@VMAtm 这个锁不是问题，因为它只是为了保护分配操作而存在的一个小开销。方法仍然是异步的，因为实际的工作负载将在锁之外运行。 - Kevin Gosse

@VMAtm “任务链”意味着最后一个任务必须等待所有之前的任务完成，这可能会让消费者感到惊讶。但我认为这正是这个类的目的所在，所以并不是问题。 - Kevin Gosse

@Zbigniew 主要的区别在于你在任务内部使用锁。因此，你会启动与消费者数量相同的线程，并且它们都会等待轮到自己。从技术上讲，你满足了 OP 的要求，但效率非常低下。 - Kevin Gosse

Answer 3

正如 @MickyD 已经说过的，你需要了解异步编程最佳实践才能正确地解决这些问题。你的解决方案存在代码异味，因为它提供了一个使用 Task.Run 的异步包装器来处理同步代码。由于你被要求开发库，这将对你的库消费者产生相当大的影响。

你必须明白异步并不等同于多线程，因为它可以用一个线程完成。就像等待邮件一样——你不会雇佣一个工人在邮箱旁等待。

这里的其他解决方案都不是真正的异步，因为它们违反了异步代码的另一个规则：不要阻塞异步操作，所以你应该避免使用lock结构。

所以，回到你的问题：如果你面临一个任务

一次只能运行一个任务

这与锁(Monitor)无关，而是与Semaphore(Slim)有关。如果将来您需要改进代码以便同时执行多个任务，则必须重写代码。在使用Semaphore的情况下，您只需要更改一个常量即可。此外，它还具有等待方法的async包装器。

因此，您的代码可以像这样（请注意，删除了Task.Run，因为客户端负责提供可等待对象）：

public class AsynchronousWrapper
{
    private static SemaphoreSlim _mutex = new SemaphoreSlim(1);

    public async Task<T> ProcessAsync<T>(Task<T> arg)
    {
        await _mutex.WaitAsync().ConfigureAwait(false);

        try
        {
            return await arg;
        }
        finally
        {
            _mutex.Release();
        }
    }
}

- VMAtm

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谢谢。我以为自己醒来时进入了一个“到处都可以使用Task.Run()”的宇宙。;) +1 - user585968

@MickyD 我知道那种感觉 :) - VMAtm

另外（好吧，这次我有点讽刺），你知道 SemaphoreSlim.WaitAsync 使用锁来处理竞态条件，对吧？所以，关于你的评论，你的方法不是异步的。有趣的是，明确使用某些东西会让人们感到困扰，但他们没有意识到实际上内部是这样做的。https://referencesource.microsoft.com/#mscorlib/system/threading/SemaphoreSlim.cs,4772c1d9756a4a9a - Kevin Gosse

哦，我忘了。"_mutex不是静态变量，因此使用其他AsynchronousWrapper实例的其他线程将并行执行"。所以基本上你对我的答案进行了3个评论，然后在你的答案中没有应用任何一个。好吧。 - Kevin Gosse

@KevinGosse 对 Stephen Cleary 的文章印象深刻。好的，那么差异并不是很大。 - VMAtm