async i await – višenitno programiranje bez niti II dio


Novine koje dolaze sa C# 5.0 već su postale „lanjski snijeg“, obzirom da je već prošlo 4 mjeseca od pdc10 na kojem je Anders Hejlsberg prezentirao buduću verziju C# 5.0. Pored kompajler kao servis, i još nekoliko novina, prezentiran je novi koncept programiranja nazvan asinhrono programiranje. Šta je asinhrono programiranje i zašto nam može poslužiti, biće prezentirano u nekoliko blog postova.

Teorija iza async i await

Kako smo u prethodnom dijelu napravili uvod u asinhrono programiranje, sada je potrebno definisati nove ključne riječi aync i await koje nam služe da implementiramo asinhronu logiku na način da se direktno ne formiraju niti.

Razlog pojave asinhronog programiranja leži u sve većim zahtjevima koji se postavljaju pred arhitekte i developere, a sastoje se u interakciji sa vanjskim izvorima informacija poput interneta, VPN mrežama i drugim vrstama gdje se reagovanje na zahtjeve može znatno produžiti. S druge strane zahtjevi koji se postavljaju pred dizajnere korisničkog iskustva UX zahtjevaju potpuni ugođaj, odziv u svakom trenutku na korisnikove aktivnostii, te optimizarano vrijeme interakcije korisnik-aplikacija. Pored ovih postoje i drugi zahtjevi poput optimalne iskorištenosti procesorskog vremena u procesiuranju informacija i sl, što je odgovor na razvoj multy-core i many-core procesora. S druge strane, svi ovi zahtjevi posljedica su konstantnog unapredjenja i razvoja hardvera: sve veći razvoj pametnih telefona, tableta, notebooka, interneta društvenih mreža, protoka informacija i korištenja istih.

Microsoft ove zahtjeve i izazove želi riješiti suštinski i ugraditi ih u sami programski jezik što predstavlja pravi dizajnerski podvig. Samim tim što želi imati ovako složenu logiku iza samo dvije ključne riječi async i await .NET programske jezike C# i VB postavlja daleko ispred svojih konkurenata. Asinhrona tehnika programiranja te počinje da se razvija i još puno toga ćemo čuti na račun async i await.

No krenimo ispočetka i pokušajmo vidjeti kako radi koncept asihronog mehanizma preko async i await.

“LongRunnging” operacije ili dijelove koda, koje želimo da nam ne blokiraju UI nit, dekorišemo sa ključnom riječju await. Kako metoda koja je dekorisana sa await treba da vrati objekat tipa Task<T> moguće je nekoliko scenarija, koja će biti definisana kasnije. Metoda koja neposredno poziva “LongRunning” operaciju dekoriše se sa ključnom riječju async, koja upućuje kompajleru da se u tijelu ove metode koriste asinhrone operacije. Sljedeći listing pokazuje primjer korištenja ključnih riječi:

//Svaka metoda sa async označena je kao asinhrona
private async void AsyncOperationSample()
{
    for (int i = 0; i < 100; i++)
    {
        //await- omogućava da se izvrši operacije bez blokiranja UI niti
        await TaskEx.Delay(100);
    }
}

Na koji način gornji primjer radi?
Da bi u potpunosti shvatili gornji listing potrebno se prisjetiti šta je Task u konceptu TPL-a (Task Parallel Library)- novog proširenja u .NET 4.0. Kako je Task asihnhrona operacija koja će u budućnosti da se izvrši i da vrati vrijednost tipa T, tako i cijela linija predstavlja asinhronu operaciju koja može biti tretirana od strane JIT kompajlera na više načina:

  1. Način je da se operacija izvrši trenutno, odnosno da await operator izvrši operaciju bez dodatnog formiranja radne niti.
  2. Način je da je Task neka I/O operacija, koja i u ovom slučaju ne formira dodatnu nit već se izvršava otvarajući IO portove i opet bez dodatnih radnih niti.
  3. Način je da se operacija izvrši formirajući jednu ili više niti zavisno od raspoloživog hardvera, a zašto će se postarati klasa Task, te operaciju završiti na optimalan način uz maksimalno iskorištavanje hardvera.

Iz ovog pregleda vidimo da je asinhrono puno više od samog višenitnog programiranja. Ovaj koncept predstavlja jednistven programski model koji ne zavisi od prirode problema koji se programira. Asinhrono programiranje podrazumijeva korištenje jednog koncepta, koji je vrlo sličan sekvencijalnom programskom modelu, u implementaciji raznih scenarija asinhronog programiranja poput: IO, LAN, WAN i In-Memory i sl.

Primjer korištenja async i await

Windows Forms primjer koji smo implementirali u prethodnom blog postu biće tretiran i ovdje. Međutim, da bi koristili ove osobine C# 5.0, potrebno je skinuti Visual Studio ASYNC CTP koji se nalazi na ovom linku.
sl_asyncbr2
U koliko imate već instaliran SP 1 za Visual Studi 2010 na žalost niste u mogućnosti (bar je to kod mene bio slučaj) da koristite ovaj feature jer nije kompatibilan.

Nakon instalacije koja traje nekoliko minuta, u startnom meniju dobijete novu stavku koja vas upućuje na dokumentaciju i puno demo primjera za async, dovoljno da počnete koristiti ovu tehniku.
Formirajte novi Windows Forms projekat te implementirajte kontrole kao na sljedećoj slici. U biti isto što i u primjeru prethodnog posta, samo bez BackgroundWorker komponente.
sl_asyncbr3
Da bi u novom projektu mogli koristiti async i await potrebno je referencirati AsyncCTPLibrary.dll,  CTP biblioteku koja se nalazi u Samples instaliranom u vašem Document folderu. Na sljedećoj slici se vidi način kako se referencira potrebni dll.
sl_asyncbr1
Demo primjer ćemo implementirati u dvije varijante prvu običnu sekvencijalnu, te drugu asinhronu varijantu.

1. Sekvencijalna varijanta:

Deklarišimo događaje za Run Operation 1 i Cancel Operation dugmad i implementirajmo demo tako da ne znamo ništa oko višenitnog i asinhronog programiranja.


private void operation1_Click(object sender, EventArgs e)
{
    SequentialOperation();
}

bool bCancelOperation = false;

private void SequentialOperation()
{
    operation1Btn.Enabled = false;
    cancelOperation1Btn.Enabled = true;
    for (int i = 0; i <= 100; i++)
    {
        if (bCancelOperation)
        {
            bCancelOperation = false;
            MessageBox.Show("Operation is canceled!");
            break;
        }
        progressBar1.Value = i;
        //
        Thread.Sleep(200);
    }
    operation1Btn.Enabled = true;
    cancelOperation1Btn.Enabled = false;
}

private void cancelOperation1_Click(object sender, EventArgs e)
{
    bCancelOperation = true;
}

Iz listinga vidimo da imamo događaj za pokretanje operacije te samu operaciju koja je simulirana sa metodom Sleep. Kada pokrenemo ovakav demo vidimo da je naš UI potpuno zamrznut, te je irelevantno implementirati Cancel Operation1 dugme jer operaciju ne možemo otkazati niti zatvoriti prozor.

2. Asinhrona varijanta

Na potpuno isti način uz korištenje async i await implemenitiraćemo asinhronu verziju ovog primjera.

private void operation1_Click(object sender, EventArgs e)
{
    AsyncOperationSample();
}
bool bCancelOperation = false;
//This method is sample of async operation
private async void AsyncOperationSample()
{
    operation1Btn.Enabled = false;
    cancelOperation1Btn.Enabled = true;

    for (int i = 0; i <= 100; i++)
    {
        if (bCancelOperation)
        {
            bCancelOperation = false;
            MessageBox.Show("Operation is canceled!");
            break;
        }
        progressBar1.Value = i;
        //await yields control until awaited task completes
        await TaskEx.Delay(100);
    }
    operation1Btn.Enabled = true;
    cancelOperation1Btn.Enabled = false;
}
private void cancelOperation1_Click(object sender, EventArgs e)
{
    bCancelOperation = true;
}

U koliko se shvati šta u biti znači ova tehnika, otvaraju se novi i jednostavniji načini implementacija asinhronih operacija, a dosadašnji kompleksni scenariji postaju više funkcionalni i jednostavniji za održavanje. Source code za ovaj primjer možete sinuti sa ovog linka.

7 thoughts on “async i await – višenitno programiranje bez niti II dio

  1. Pingback: Asinhrono programiranje nova proširenja C# 5.0 i narednoj verziji Visual Studia - Blog o C++ i C#

  2. Pingback: Ho to convert your old sequential code in to async « Bahrudin Hrnjica Blog

  3. Znam da je post star ko austrougarska, ali async programiranje mnogima i danas je nepoznanica. Ono sto mene interesuje, ako sam dobro shvatio citajuci na netu, metode koje su markirane kao await se u osnovi izvrsavaju koristeci DMA mehanizam, ako je podrzan od strane upravljackog uređaja. U osnovi svi pozivi, kao sto je i poznato, prolaze kroz ntdll.dll koristeci fast-switching metodu kako bi dospjeli u kernel mode, do upravljackih uređaja (device drivera) u obliku IRP paketa. To su obicno write request-i koji se stavljaju na cekanje, a OS u tom trenutku vraca kontrolu nasoj UI niti koja nastavlja dalje da se izvrsava. Ovdje postaje interesantno, jer kako razumijem nema nikakve nove niti za zadatak (task) koji se izvrsava unutar kernel mode-a. Helem, u jednom trenutku kad se taj Task zavrsi device driver pomocu interapcije obavjestava CPU da je taj zadatak zavrsen. Opet kazem.. kako ispada nema nikakve druge niti za await zadatke, ili sam ja to samo umislio :)

    • Hej hvala za komentar.
      Da, post je star poprilicno a C# je od tada dosta uznapredovao na polju asinhronog programiranja. Iza cijelog asinhronog i paralelnog programiranja u C# stoji TaskParallel library, TPL koja upravlja ovim mehanizmima.

      TPL ce napraviti novu nit (Thread) zavisno od operacije koju pokusava izvrsiti.
      1. Ako se radi o cisto procesorskoj radnji poput mnozenja matrica tada TPL pravi novi Thread i izvrsava radnju tamo. Kad se zavrsi rezultat se vraca u glavni thread. Slicno je sa izvrsavanjem upita prema SQL bazi.
      2. TPL NECE napraviti novi thread ako se radi o operaciji pisanja i citanja u datoteci. Tada TPL koristi IO port. Kao i sve slicne operacije poput slanja zahtjeva prema udaljenim servisima i sl.
      To kad bi se manuelno radilo bilo bi posla za implementirati tako da TPL to radi za nas.

      Ako sam sta pomogao za shvatiti bilo bi mi drago.

Leave a Reply to Bahrudin Hrnjica Cancel reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s