Em que situações é vantajoso usar operações assíncronas numa aplicação ASP.NET (clássico, MVC, MVC Web API)?
Quando é que o uso da ThreadPool
para executar algumas operações pode ser útil?
HTTP é um protocolo fundamentalmente síncrono. O cliente envia um pedido -> o servidor processa o pedido -> o servidor envia uma resposta -> o cliente recebe a resposta.
O objectivo ao desenvolver uma aplicação web em ASP.NET (clássico, MVC, MVC Web API) é tentar processar o pedido numa só thread. Quantos mais mudanças de thread houver, pior será a performance - sempre que se muda de thread, o CPU tem de guardar o estado actual duma thread (stack, program counter, etc), e recuperar o estado da outra thread. Este processo chama-se "context switch" e é um processo caro e pesado. É tempo que o processador gasta sem efectuar trabalho útil.
Por exemplo, imagine o codigo:
ProcessamentoInicial();
await Task.Run(AlgoritmoIntensivo);
ProcessamentoFinal();
await
, estamos a libertar a thread do pedido HTTP (thread A
), e a executar o algoritmo numa thread da ThreadPool (thread B
).B
estiver ocupada, a thread A
fica livre para efectuar outro trabalho (servir outros pedidos que cheguem ao servidor, algum trabalho pendente na ThreadPool, etc)thread B
completar, o processamento final vai ser agendado para executar na thread A
novamente, e enviar a resposta ao cliente.Sem await Task.Run
, o código ficaria assim:
ProcessamentoInicial();
AlgoritmoIntensivo(); //bloqueante
ProcessamentoFinal();
Neste caso, todo o código corre de modo síncrono, na mesma thread.
Vamos visualizar o comportamento destas 2 soluções, quando temos 2 threads (X
e Y
) a servir 2 pedidos (R1
e R2
) que chegam ao servidor simultaneamente.
Como podemos ver, na versão assíncrona, a thread X
deferiu a execução do algoritmo para a thread Y
, e a thread Y
deferiu para a thread X
. Isto acontece porque ASP.NET e Task.Run
usam a mesma ThreadPool. Então, as threads interferem umas com as outras.
Devido ao overhead introduzido pelas mudanças de contexto, a versão "assíncrona" teve pior performance. Os dois pedidos são servidos mais rapidamente se processarmos tudo de modo síncrono.
Desvantagens da versão "assíncrona":
Task.Run
pediu uma thread emprestada "inesperadamente"). Este algoritmo calcula constantemente o rendimento do servidor e faz pequenas optimizações de modo a aumentar este rendimento. Interferir com este algoritmo é.... indesejado.Porém, existe uma excepção! Ao contrário de operações CPU-bound (operações dependentes de trabalho de CPU, como cálculos matemáticos, loops intensivos, etc), as operações I/O-bound (operações que dependem de comunicação externa, como chamadas a bases de dados, a web services, leitura de ficheiros em disco, etc) devem ser assíncronas!
Ao contrario do exemplo anterior, quando se usa I/O assíncrona, nenhuma das threads fica bloqueada. Em vez disso, as threads do processo ficam livres, e quando a operação I/O tiver completado, a "I/O completion port" recebe um sinal interrupt
vinda do hardware I/O. Pode-se pensar numa I/O completion port como uma thread lightweight dedicada apenas a I/O, e a nada mais.
Vejamos:
ProcessamentoInicial();
await BD.ExecutarQueryAsync();
ProcessamentoFinal();
Agora, como ambas as threads deferem a execução para as completion ports, não interferem uma com a outra - ambas ficam verdadeiramente livres para processar outros pedidos, aumentando o rendimento e a escalabilidade do servidor.
Mas async I/O não é algo que possa ser simulado em C#.
await Task.Run(() => DB.ExecutarQueryBloqueante());
terá as mesmas desvantagens que o primeiro exemplo, em que se utilizou Task.Run
para correr o algoritmo. Este é um erro comum.
Async I/O tem que ser suportado pelas drivers nativas no caso das bases de dados, ou pelo sistema operativo no caso de leitura de ficheiros em disco. Estas APIs devem expor métodos não bloqueantes (ex: DbCommand.ExecuteReaderAsync
, StreamReader.ReadAsync
). Estas APIs usam I/O completion ports, em vez de threads.
Referencias:
Uma utilidade que vejo para operações CPU bound, seria a execução de múltiplos processamentos em processadores distintos, com um await
no código assim:
var tasks = PegarMultiplasTarefas();
await Task.WhenAll(tasks);
Isso foge ao apresentado pelo @dcastro, mas é um ponto válido também, sem necessariamente se tratar de I/O.
Fazendo isso se distribui processamentos independentes entre si, entre os processadores disponíveis. Entretanto, há de se fazer uma consideração sobre se isso é realmente desejável, afinal, uma vez que esse processadores vão ficar ocupados, terão sua capacidade de atender requisições reduzida.
Isso é um problema no caso de o seu sistema atender a vários tipos de requisições, tanto de processamento leve como de processamento mais intenso. Se todos os processadores ficarem ocupados, então outras requisições mais curtas, que seriam prontamente atendidas, serão executadas mais lentamente pois estarão dividindo o tempo de processamento com outras threads.
Já se o sistema visa atender requisições de processamento mais intenso, então vale a pena dividir o processamento de cada request entre os processadores se possível. Isso acontece pelo seguinte: num sistema de 4 processadores, se um request de processamento linear fosse demorar 4s, e fosse possível dividir esse processamento nos 4 processadores, de forma que no final ficasse com 1s... então em 4s seria possível atender 4 requests... uma teria resposta tempo t=1s
, outra no tempo t=2s
, no t=3s
e outra no t=4s
. Já se o processamento do request não for distribuido entre as threads, seria possível atender 4 ao mesmo tempo, sendo que todas seriam respondidas em t=4s
o que neste caso é uma desvantagem.