开发进阶:Dotnet Core多路径异步终止

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。

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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 }

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