前一篇：详解 .NET 异步

在前文中，介绍了.NET下的多种异步的形式，在WEB程序中，天生就是多线程的，因此使用异步应该更为谨慎。本文将着重展开ASP.NET中的异步。

【注意】本文中提到的异步指的是服务器端异步，而非客户端异步（Ajax）。

对于HTTP的请求响应模型，服务器无法主动通知或回调客户端，当客户端发起一个请求后，必须保持连接等待服务器的返回结果，才能继续处理，因此，对于客户端来说，请求与响应是无法异步进行，也就是说无论服务器如何处理请求，对于客户端来说没有任何差别。

那么ASP.NET异步指的又是什么，解决了什么问题呢？

在解释ASP.NET异步前，先来考察下ASP.NET线程模型。

ASP.NET线程模型

我们知道，一个WEB服务可以同时服务器多个用户，我们可以想象一下，WEB程序应该运行于多线程环境中，对于运行WEB程序的线程，我们可以称之为WEB线程，那么，先来看看WEB线程长什么样子吧。

我们可以用一个HttpHandler输出一些内容。

public class Handler : IHttpHandler
{

    public void ProcessRequest(HttpContext context)
    {
        context.Response.ContentType = "text/plain";
        var thread = Thread.CurrentThread;
        context.Response.Write(
            string.Format("Name:{0}\r\nManagedThreadId:{1}\r\nIsBackground:{2}\r\nIsThreadPoolThread:{3}", 
                thread.Name,
                thread.ManagedThreadId,
                thread.IsBackground,
                thread.IsThreadPoolThread)
            );
    }

    public bool IsReusable
    {
        get {return true;}
    }
}

你可以看到类似于这样的结果：

Name:

ManagedThreadId:57

IsBackground:True

IsThreadPoolThread:True

这里可以看到，WEB线程是一个没有名称的线程池中的线程，如果刷新这个页面，还有机会看到 ManagedThreadId 在不断变化，并且可能重复出现。说明WEB程序有机会运行于线程池中的不同线程。

为了模拟多用户并发访问的情况，我们需要对这个处理程序添加人为的延时，并输出线程相关信息与开始结束时间，再通过客户端程序同时发起多个请求，查看返回的内容，分析请求的处理情况。

public void ProcessRequest(HttpContext context)
{
    DateTime begin = DateTime.Now;
    int t1, t2, t3;
    ThreadPool.GetAvailableThreads(out t1, out t3);
    ThreadPool.GetMaxThreads(out t2, out t3);
    Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(10));
    DateTime end = DateTime.Now;
    context.Response.ContentType = "text/plain";
    var thread = Thread.CurrentThread;
    context.Response.Write(
        string.Format("TId:{0}\tApp:{1}\tBegin:{2:mm:ss,ffff}\tEnd:{3:mm:ss,ffff}\tTPool：{4}", 
            thread.ManagedThreadId,
            context.ApplicationInstance.GetHashCode(),
            begin,
            end,
            t2 - t1
            )
        );
}

我们用一个命令行程序来发起请求，并显示结果。

static void Main()
{
    var url = new Uri("http://localhost:8012/Handler.ashx");
    var num = 50;
    for (int i = 0; i < num; i++)
    {
        var request = WebRequest.Create(url);
        request.GetResponseAsync().ContinueWith(t =>
        {
            var stream = t.Result.GetResponseStream();
            using (TextReader tr = new StreamReader(stream))
            {
                Console.WriteLine(tr.ReadToEnd());
            }
        });
    }
    Console.ReadLine();
}

这里，我们同时发起了50个请求，然后观察响应的情况。

【注意】后面的结果会因为操作系统、IIS版本、管道模式、.NET版本、配置项 的不同而不同，以下结果为在Windows Server 2008 R2 + IIS7.5 + .NET 4.5 beta(.NET 4 runtime) + 默认配置 中测试的结果，在没有特别说明的情况下，均为重启IIS后第一次运行的情况。
    这个程序在我的电脑运行结果是这样的：

TId:6   App:35898671    Begin:55:30,3176        End:55:40,3182  TPool:2
TId:5   App:22288629    Begin:55:30,3176        End:55:40,3212  TPool:2
TId:7   App:12549444    Begin:55:31,0426        End:55:41,0432  TPool:3
TId:8   App:22008501    Begin:55:31,5747        End:55:41,5752  TPool:4
TId:9   App:37121646    Begin:55:32,1067        End:55:42,1073  TPool:5
TId:10  App:33156464    Begin:55:32,6387        End:55:42,6393  TPool:6
TId:11  App:7995840     Begin:55:33,1707        End:55:43,1713  TPool:7
TId:12  App:36610825    Begin:55:33,7028        End:55:43,7033  TPool:8
TId:13  App:20554616    Begin:55:34,2048        End:55:44,2054  TPool:9
TId:14  App:15510466    Begin:55:35,2069        End:55:45,2074  TPool:10
TId:15  App:23324256    Begin:55:36,2049        End:55:46,2055  TPool:11
TId:16  App:34250480    Begin:55:37,2050        End:55:47,2055  TPool:12
TId:17  App:58408916    Begin:55:38,2050        End:55:48,2056  TPool:13
TId:18  App:2348279     Begin:55:39,2051        End:55:49,2057  TPool:14
TId:19  App:61669314    Begin:55:40,2051        End:55:50,2057  TPool:15
TId:6   App:35898671    Begin:55:40,3212        End:55:50,3217  TPool:15
TId:5   App:22288629    Begin:55:40,3232        End:55:50,3237  TPool:15
TId:7   App:12549444    Begin:55:41,0432        End:55:51,0438  TPool:15
TId:8   App:22008501    Begin:55:41,5752        End:55:51,5758  TPool:15
TId:9   App:37121646    Begin:55:42,1073        End:55:52,1078  TPool:15
TId:10  App:33156464    Begin:55:42,6393        End:55:52,6399  TPool:15
TId:11  App:7995840     Begin:55:43,1713        End:55:53,1719  TPool:15
TId:12  App:36610825    Begin:55:43,7043        End:55:53,7049  TPool:15
TId:13  App:20554616    Begin:55:44,2054        End:55:54,2059  TPool:15
TId:20  App:36865354    Begin:55:45,2074        End:55:55,2080  TPool:16
TId:14  App:15510466    Begin:55:45,2084        End:55:55,2090  TPool:16
TId:21  App:3196068     Begin:55:46,2055        End:55:56,2061  TPool:17
TId:15  App:23324256    Begin:55:46,2065        End:55:56,2071  TPool:17
TId:22  App:4186222     Begin:55:47,2055        End:55:57,2061  TPool:18
TId:16  App:34250480    Begin:55:47,2065        End:55:57,2071  TPool:18
TId:23  App:764807      Begin:55:48,2046        End:55:58,2052  TPool:19
TId:17  App:58408916    Begin:55:48,2056        End:55:58,2062  TPool:19
TId:24  App:10479095    Begin:55:49,2047        End:55:59,2052  TPool:20
TId:18  App:2348279     Begin:55:49,2057        End:55:59,2062  TPool:20
TId:25  App:4684807     Begin:55:50,2047        End:56:00,2053  TPool:21
TId:19  App:61669314    Begin:55:50,2057        End:56:00,2063  TPool:21
TId:6   App:35898671    Begin:55:50,3227        End:56:00,3233  TPool:21
TId:5   App:22288629    Begin:55:50,3237        End:56:00,3243  TPool:21
TId:7   App:12549444    Begin:55:51,0438        End:56:01,0443  TPool:21
TId:8   App:22008501    Begin:55:51,5758        End:56:01,5764  TPool:21
TId:9   App:37121646    Begin:55:52,1078        End:56:02,1084  TPool:21
TId:10  App:33156464    Begin:55:52,6399        End:56:02,6404  TPool:21
TId:11  App:7995840     Begin:55:53,1719        End:56:03,1725  TPool:21
TId:26  App:41662089    Begin:55:53,7049        End:56:03,7055  TPool:22
TId:12  App:36610825    Begin:55:53,7059        End:56:03,7065  TPool:22
TId:13  App:20554616    Begin:55:54,2069        End:56:04,2075  TPool:22
TId:27  App:46338128    Begin:55:55,2070        End:56:05,2076  TPool:23
TId:14  App:15510466    Begin:55:55,2090        End:56:05,2096  TPool:23
TId:20  App:36865354    Begin:55:55,2090        End:56:05,2096  TPool:23
TId:28  App:28975576    Begin:55:56,2051        End:56:06,2056  TPool:24

从这个结果大概可以看出，开始两个请求几乎同时开始处理，因为线程池最小线程数为2（可配置），紧接着后面的请求会每隔半秒钟开始一个，因为如果池中的线程都忙，会等待半秒（.NET版本不同而不同），如果还是没有线程释放则开启新的线程，直到达到最大线程数（可配置）。未能在线程池中处理的请求将被放入请求队列，当一个线程释放后，下一个请求紧接着开始在该线程处理。

最终50个请求共产生24个线程，总用时约35.9秒。

光看数据不够形象，用简单的代码把数据转换成图形吧，下面是100个请求的处理过程。

我们可以看到，当WEB线程长时间被占用时，请求会由于线程池而阻塞，同时产生大量的线程，最终响应时间变长。

作为对比，我们列出处理时间10毫秒的数据。

TId:6   App:44665200    Begin:41:07,9932        End:41:08,0032  TPool:2
TId:5   App:37489757    Begin:41:07,9932        End:41:08,0032  TPool:2
TId:5   App:44665200    Begin:41:08,0042        End:41:08,0142  TPool:2
TId:6   App:37489757    Begin:41:08,0052        End:41:08,0152  TPool:2
TId:5   App:44665200    Begin:41:08,0142        End:41:08,0242  TPool:2
TId:6   App:37489757    Begin:41:08,0152        End:41:08,0252  TPool:2
TId:5   App:44665200    Begin:41:08,0242        End:41:08,0342  TPool:2
TId:6   App:37489757    Begin:41:08,0252        End:41:08,0352  TPool:2
TId:5   App:44665200    Begin:41:08,0342        End:41:08,0442  TPool:2
TId:6   App:37489757    Begin:41:08,0352        End:41:08,0452  TPool:2
TId:5   App:44665200    Begin:41:08,0442        End:41:08,0542  TPool:2
TId:6   App:37489757    Begin:41:08,0452        End:41:08,0552  TPool:2
TId:5   App:44665200    Begin:41:08,0542        End:41:08,0642  TPool:2
TId:6   App:37489757    Begin:41:08,0552        End:41:08,0652  TPool:2
TId:5   App:44665200    Begin:41:08,0642        End:41:08,0742  TPool:2
TId:6   App:37489757    Begin:41:08,0652        End:41:08,0752  TPool:2
TId:5   App:44665200    Begin:41:08,0742        End:41:08,0842  TPool:2
TId:6   App:37489757    Begin:41:08,0752        End:41:08,0852  TPool:2
TId:5   App:44665200    Begin:41:08,0842        End:41:08,0942  TPool:2
TId:6   App:37489757    Begin:41:08,0852        End:41:08,0952  TPool:2
TId:5   App:44665200    Begin:41:08,0942        End:41:08,1042  TPool:2
TId:6   App:37489757    Begin:41:08,0952        End:41:08,1052  TPool:2
TId:5   App:44665200    Begin:41:08,1042        End:41:08,1142  TPool:2
TId:6   App:37489757    Begin:41:08,1052        End:41:08,1152  TPool:2
TId:5   App:44665200    Begin:41:08,1142        End:41:08,1242  TPool:2
TId:6   App:37489757    Begin:41:08,1152        End:41:08,1252  TPool:2
TId:5   App:44665200    Begin:41:08,1242        End:41:08,1342  TPool:2
TId:6   App:37489757    Begin:41:08,1252        End:41:08,1352  TPool:2
TId:5   App:44665200    Begin:41:08,1342        End:41:08,1442  TPool:2
TId:6   App:37489757    Begin:41:08,1352        End:41:08,1452  TPool:2
TId:5   App:44665200    Begin:41:08,1442        End:41:08,1542  TPool:2
TId:6   App:37489757    Begin:41:08,1452        End:41:08,1552  TPool:2
TId:5   App:44665200    Begin:41:08,1542        End:41:08,1642  TPool:2
TId:6   App:37489757    Begin:41:08,1552        End:41:08,1652  TPool:2
TId:5   App:44665200    Begin:41:08,1642        End:41:08,1742  TPool:2
TId:6   App:37489757    Begin:41:08,1652        End:41:08,1752  TPool:2
TId:5   App:44665200    Begin:41:08,1742        End:41:08,1842  TPool:3
TId:7   App:12547953    Begin:41:08,1752        End:41:08,1852  TPool:3
TId:6   App:37489757    Begin:41:08,1762        End:41:08,1862  TPool:3
TId:5   App:44665200    Begin:41:08,1842        End:41:08,1942  TPool:3
TId:7   App:12547953    Begin:41:08,1852        End:41:08,1952  TPool:3
TId:6   App:37489757    Begin:41:08,1862        End:41:08,1962  TPool:3
TId:5   App:44665200    Begin:41:08,1942        End:41:08,2042  TPool:3
TId:7   App:12547953    Begin:41:08,1952        End:41:08,2092  TPool:3
TId:6   App:37489757    Begin:41:08,1962        End:41:08,2102  TPool:3
TId:5   App:44665200    Begin:41:08,2052        End:41:08,2152  TPool:3
TId:7   App:12547953    Begin:41:08,2092        End:41:08,2192  TPool:3
TId:6   App:37489757    Begin:41:08,2102        End:41:08,2202  TPool:3
TId:5   App:44665200    Begin:41:08,2152        End:41:08,2252  TPool:3
TId:7   App:12547953    Begin:41:08,2192        End:41:08,2292  TPool:3

共产生线程3个，总用时0.236秒。

根据以上的数据，我们可以得出结论，要提高系统响应时间与并发处理数，应尽可能减少WEB线程的等待。

【略】请各位自行查验当一次并发全部处理完毕后再次测试的处理情况。

【略】请各位自行查验当处理程序中使用线程池处理等待任务的处理情况。

如何减少WEB线程的等待呢，那就应该尽早的结果ProcessRequest方法，前一篇中讲到，对于一些需要等待完成的任务，可以使用异步方法来做，于是我们可以在ProcessRequest中调用异步方法，但问题是当ProcessRequest结束后，请求处理也即将结束，一但请求结束，将没有办法在这一次请求中返回结果给客户端，但是此时，异步任务还没有完成，当异步任务完成时，也许再也没有办法将结果传给客户端了。（难道用轮询？囧）

我们需要的方案是，处理请求时可以暂停处理（不是暂停线程），并保持客户端连接，在需要时，向客户端输出结果，并结束请求。

在这个模型中，可以看到，对于WebServerRuntime来说，我们的请求处理程序就是一个异步方法，而对于客户端来说，却并不知道后面的处理情况。无论在WebServerRuntime或是我们的处理程序，都没有直接占用线程，一切由何时SetComplete决定。同时可以看到，这种模式需要WebServerRuntime的紧密配合，提供调用异步方法的接口。在ASP.NET中，这个接口就是IHttpAsyncHandler。

异步ASP.NET处理程序

首先，我们来实现第一个异步处理程序，在适当的时候触发结束，在开始和结束时输出一些信息。

public class Handler : IHttpHandler, IHttpAsyncHandler
{
    public void ProcessRequest(HttpContext context)
    {
        //异步处理器不执行该方法
    }

    public bool IsReusable
    {
        //设置允许重用对象
        get { return false; }
    }

    //请求开始时由ASP.NET调用此方法
    public IAsyncResult BeginProcessRequest(HttpContext context, AsyncCallback cb, object extraData)
    {
        context.Response.ContentType = "text/xml";
        context.Response.Write("App:");
        context.Response.Write(context.ApplicationInstance.GetHashCode());
        context.Response.Write("\tBegin:");
        context.Response.Write(DateTime.Now.ToString("mm:ss,ffff"));
        //输出当前线程
        context.Response.Write("\tThreadId:");
        context.Response.Write(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
        //构建异步结果并返回
        var result = new WebAsyncResult(cb, context);
        //用一个定时器来模拟异步触发完成
        Timer timer = null;
        timer = new Timer(o =>
        {
            result.SetComplete();
            timer.Dispose();
        }, null, TimeSpan.FromSeconds(5), TimeSpan.FromSeconds(5));
        return result;
    }

    //异步结束时，由ASP.NET调用此方法
    public void EndProcessRequest(IAsyncResult result)
    {
        WebAsyncResult webresult = (WebAsyncResult)result;
        webresult.Context.Response.Write("\tEnd:");
        webresult.Context.Response.Write(DateTime.Now.ToString("mm:ss,ffff"));
        //输出当前线程
        webresult.Context.Response.Write("\tThreadId:");
        webresult.Context.Response.Write(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
    }

    //WEB异步方法结果
    class WebAsyncResult : IAsyncResult
    {
        private AsyncCallback _callback;

        public WebAsyncResult(AsyncCallback cb, HttpContext context)
        {
            Context = context;
            _callback = cb;
        }

        //当异步完成时调用该方法
        public void SetComplete()
        {
            IsCompleted = true;
            if (_callback != null)
            {
                _callback(this);
            }
        }

        public HttpContext Context
        {
            get;
            private set;
        }

        public object AsyncState
        {
            get { return null; }
        }

        //由于ASP.NET不会等待WEB异步方法，所以不使用此对象
        public WaitHandle AsyncWaitHandle
        {
            get { throw new NotImplementedException(); }
        }

        public bool CompletedSynchronously
        {
            get { return false; }
        }

        public bool IsCompleted
        {
            get;
            private set;
        }
    }
}

在这里，我们实现了一个简单的AsyncResult，由于ASP.NET通过回调方法获取异步完成，不会等待异步，所以不需要WaitHandle。在开始请求时，建立一个AsyncResult后直接返回，当异步完成时，调用AsyncResult的SetComplete方法，调用回调方法，再由ASP.NET调用异步结束。此时整个请求即完成。

当我们访问这个地址，可以得到类似于下面的结果：

App:11240144 Begin:37:24,2676 ThreadId:6 End:37:29,2619 ThreadId:6

可以看到开始和结束在同一个线程中运行。

当有多个并发请求时，线程池将忙碌起来，开始与结束处理也奖有机会运行于不同的线程上。50个请求并发时的处理数据：

App:52307948    Begin:39:47,8128        ThreadId:6      End:39:52,8231  ThreadId:5
App:58766839    Begin:39:47,8358        ThreadId:5      End:39:52,8321  ThreadId:7
App:23825510    Begin:39:47,8348        ThreadId:5      End:39:52,8321  ThreadId:7
App:30480920    Begin:39:47,8348        ThreadId:5      End:39:52,8321  ThreadId:7
App:62301924    Begin:39:47,8348        ThreadId:6      End:39:52,8321  ThreadId:6
App:28062782    Begin:39:47,8338        ThreadId:5      End:39:52,8321  ThreadId:6
App:41488021    Begin:39:47,8338        ThreadId:6      End:39:52,8321  ThreadId:7
App:15315213    Begin:39:47,8338        ThreadId:6      End:39:52,8321  ThreadId:6
App:17228638    Begin:39:47,8328        ThreadId:5      End:39:52,8321  ThreadId:7
App:51438283    Begin:39:47,8328        ThreadId:6      End:39:52,8321  ThreadId:6
App:32901400    Begin:39:47,8328        ThreadId:5      End:39:52,8321  ThreadId:7
App:61925337    Begin:39:47,8358        ThreadId:6      End:39:52,8321  ThreadId:6
App:24914721    Begin:39:47,8318        ThreadId:6      End:39:52,8321  ThreadId:6
App:26314214    Begin:39:47,8318        ThreadId:6      End:39:52,8321  ThreadId:6
App:51004322    Begin:39:47,8358        ThreadId:6      End:39:52,8321  ThreadId:6
App:51484875    Begin:39:47,8308        ThreadId:5      End:39:52,8321  ThreadId:7
App:19420176    Begin:39:47,8308        ThreadId:6      End:39:52,8321  ThreadId:6
App:16868352    Begin:39:47,8298        ThreadId:6      End:39:52,8321  ThreadId:7
App:61115195    Begin:39:47,8298        ThreadId:5      End:39:52,8321  ThreadId:6
App:63062333    Begin:39:47,8288        ThreadId:6      End:39:52,8321  ThreadId:6
App:53447344    Begin:39:47,8298        ThreadId:5      End:39:52,8321  ThreadId:7
App:31665793    Begin:39:47,8288        ThreadId:5      End:39:52,8321  ThreadId:7
App:2174563     Begin:39:47,8288        ThreadId:6      End:39:52,8321  ThreadId:6
App:12053474    Begin:39:47,8318        ThreadId:5      End:39:52,8321  ThreadId:7
App:41728762    Begin:39:47,8278        ThreadId:6      End:39:52,8321  ThreadId:6
App:6385742     Begin:39:47,8278        ThreadId:5      End:39:52,8321  ThreadId:7
App:13009416    Begin:39:47,8268        ThreadId:6      End:39:52,8321  ThreadId:6
App:43205102    Begin:39:47,8268        ThreadId:5      End:39:52,8321  ThreadId:7
App:14333193    Begin:39:47,8268        ThreadId:6      End:39:52,8321  ThreadId:6
App:2808346     Begin:39:47,8258        ThreadId:6      End:39:52,8321  ThreadId:6
App:37489757    Begin:39:47,8128        ThreadId:5      End:39:52,8231  ThreadId:6
App:34106743    Begin:39:47,8258        ThreadId:5      End:39:52,8321  ThreadId:7
App:30180123    Begin:39:47,8248        ThreadId:6      End:39:52,8321  ThreadId:6
App:44313942    Begin:39:47,8248        ThreadId:5      End:39:52,8321  ThreadId:7
App:12611187    Begin:39:47,8248        ThreadId:6      End:39:52,8321  ThreadId:6
App:7141266     Begin:39:47,8238        ThreadId:5      End:39:52,8321  ThreadId:7
App:25425822    Begin:39:47,8278        ThreadId:5      End:39:52,8321  ThreadId:7
App:51288387    Begin:39:47,8238        ThreadId:5      End:39:52,8321  ThreadId:7
App:66166301    Begin:39:47,8228        ThreadId:6      End:39:52,8321  ThreadId:6
App:34678979    Begin:39:47,8228        ThreadId:6      End:39:52,8321  ThreadId:7
App:10104599    Begin:39:47,8218        ThreadId:5      End:39:52,8321  ThreadId:6
App:47362231    Begin:39:47,8258        ThreadId:5      End:39:52,8321  ThreadId:7
App:40535505    Begin:39:47,8218        ThreadId:6      End:39:52,8321  ThreadId:7
App:20726372    Begin:39:47,8368        ThreadId:5      End:39:52,8321  ThreadId:5
App:2730334     Begin:39:47,8368        ThreadId:6      End:39:52,8321  ThreadId:6
App:59884855    Begin:39:47,8368        ThreadId:5      End:39:52,8321  ThreadId:7
App:39774547    Begin:39:47,8238        ThreadId:6      End:39:52,8321  ThreadId:6
App:12070837    Begin:39:47,8378        ThreadId:6      End:39:52,8491  ThreadId:7
App:64828693    Begin:39:47,8218        ThreadId:5      End:39:52,8331  ThreadId:6
App:14509978    Begin:39:47,9308        ThreadId:6      End:39:52,9281  ThreadId:5

可以看到，从始至终只由3个线程处理所有的请求，总共时间约5.12秒。

为简化分析，我们用下面的图来示意异步处理程序的并发处理过程。

这样，我们就可以通过异步的方式，将WEB线程撤底释放出来。由WEB线程进行请求的接收与结束处理，耗时的操作与等待都进行异步处理。这样少量的WEB线程就可以承受大量的并发请求，WEB线程将不再成为系统的瓶颈。

在大并发的异步模式下，和前面的数据相比较，可以看到HttpApplication的对象数量随并发处理数提高而提高，随之带来的一系列数据结构，如HttpHandler缓存，是需要考虑的内存开销。同时，在异步模式下，请求的完成需要编程的方式来控制，在触发完成前，客户端连接、HttpContext对象都保持活动状态，客户端也一直保持等待，直到超时。因此，异步模式下需要更细致的资源操作。

我们来看ASP.NET异步 的典型应用场景。

场景一：处理过程中有需要等待的任务，并且可以使用异步完成的。

//同步方法
public void ProcessRequest(HttpContext context)
{
    FileStream fs = new FileStream("", FileMode.Open, FileAccess.Read, FileShare.ReadWrite, 4096, FileOptions.Asynchronous);
    fs.CopyTo(context.Response.OutputStream);
}

//异步方法开始
public IAsyncResult BeginProcessRequest(HttpContext context, AsyncCallback cb, object extraData)
{
    FileStream fs = new FileStream("D:\\a.txt", FileMode.Open, FileAccess.Read, FileShare.ReadWrite, 4096, FileOptions.Asynchronous);
    var task = fs.CopyToAsync(context.Response.OutputStream);
    task.GetAwaiter().OnCompleted(() => cb(task));
    return task;
}

//异步方法结束
public void EndProcessRequest(IAsyncResult result)
{
}

这个处理程序读取服务器的文件并输出到客户端。

//同步方法
public void ProcessRequest(HttpContext context)
{
    var url = context.Request.QueryString["url"];
    var request = (HttpWebRequest)WebRequest.Create(url);
    var response = request.GetResponse();
    var stream = response.GetResponseStream();
    stream.CopyTo(context.Response.OutputStream);
}

//异步方法开始
public IAsyncResult BeginProcessRequest(HttpContext context, AsyncCallback cb, object extraData)
{
    //构建异步结果并返回
    var result = new WebAsyncResult(cb, context);

    var url = context.Request.QueryString["url"];
    var request = (HttpWebRequest)WebRequest.Create(url);
    var responseTask = request.GetResponseAsync();
    responseTask.GetAwaiter().OnCompleted(() =>
    {
        var stream = responseTask.Result.GetResponseStream();
        stream.CopyToAsync(context.Response.OutputStream).GetAwaiter().OnCompleted(() =>
        {
            result.SetComplete();
        });
    });

    return result;
}

//异步方法结束
public void EndProcessRequest(IAsyncResult result)
{
}

这是一个简单的代理，服务器获取WEB资源后写回。

在这类程序中，我们提供的异步处理程序调用了IOCP异步方法，使得大量节省了WEB线程的占用，相比同步处理程序来说，并发量会得到相当大的提升。

【注意】前面提到，由于WEB线程属于线程池线程，因此，如果在线程池中加入任务，将同样会影响并发处理数。而在异步处理程序中，由线程池来完成异步将得不到任何本质上的提升，因此在异步处理程序中禁止操作线程池（ThreadPool.QueueUserWorkItem、delegate.BeginInvoke，Task.Run等）。如果确定需要使用多线程来处理大量的计算，需要自己开启线程或实现自己的线程池。

public IAsyncResult BeginProcessRequest(HttpContext context, AsyncCallback cb, object extraData)
{
    return new Action(() =>
    {
        Thread.Sleep(1000);
        context.Response.Write("OK");
    }).BeginInvoke(cb, extraData);
}

上面的代码将无法达到异步的效果。

虽然等待工作交由另一线程去操作，但是该线程与WEB线程性质相同，同样会导致其他请求阻塞。

【思考】如果我们的程序中的确需要有大量的计算，那么可以考虑将这些计算提取到独立的应用服务器中，然后通过网络IOCP异步调用，达到WEB服务器的高吞吐量与系统的平行扩展性。

典型应用场景二：长连接消息推送。

一般来说，在WEB中获取服务器消息，采用轮询的方式，这种方式不可避免会有延时，当我们需要即时消息的推送时（如WEBIM），需要用到长连接。

长连接方式，由客户端发起请求，服务器端接收后暂停处理并保持连接，当需要发送消息给客户端时，输出内容并结束处理，客户端得到消息或者超时后，再次发起连接。如此达到在HTTP协议上服务器消息即时推送到客户端的目的。

在这种情况下，我们希望服务器尽可能长时间保持连接，如果采用同步处理程序，则连接数受到服务器线程数的限制，而异步处理程序则可以很好的解决这个问题。异步处理程序开始时，收集相关信息，并放入集合后返回异步结果。当需要向这个客户端发送消息时，从客户端集合中找到需要发送的目标，发送完成即可。

首先，我们需要对客户端进行标识，这个标识往往采用sessionid来做，本例中简单起见，通过客户端传递参数获取。

public class WebAsyncResult : IAsyncResult
{
    private AsyncCallback _callback;

    public WebAsyncResult(AsyncCallback cb, HttpContext context, string clientID)
    {
        Context = context;
        ClientID = clientID;
        _callback = cb;
    }

    //当异步完成时调用该方法
    public void SetComplete()
    {
        IsCompleted = true;
        if (_callback != null)
        {
            _callback(this);
        }
    } 
    //存储客户端标识
    public string ClientID
    {
        get;
        private set;
    }

    public HttpContext Context
    {
        get;
        private set;
    }

    public object AsyncState
    {
        get { return null; }
    }

    //由于ASP.NET不会等待WEB异步方法，所以不使用此对象
    public WaitHandle AsyncWaitHandle
    {
        get { throw new NotImplementedException(); }
    }

    public bool CompletedSynchronously
    {
        get { return false; }
    }

    public bool IsCompleted
    {
        get;
        private set;
    }
}

我们需要一个集合来保存连接中的客户端，提供一个向这些客户端发送消息的方法。

public class WebAsyncResultCollection : List<WebAsyncResult>, ICollection<WebAsyncResult>
{
    private static WebAsyncResultCollection _instance = new WebAsyncResultCollection();

    public static WebAsyncResultCollection Instance
    {
        get { return WebAsyncResultCollection._instance; }
    }

    public bool SendMessage(string clientID, string message)
    {
        var result = this.FirstOrDefault(r => r.ClientID == clientID);
        if (result != null)
        {
            Remove(result);
            bool sendsuccess = false;
            if (result.Context.Response.IsClientConnected)
            {
                sendsuccess = true;
                result.Context.Response.Write(message);
            }
            result.SetComplete();
            return sendsuccess;
        }
        return false;
    }
}

对于异步处理程序的开始方法，我们收集信息并放入集合。

public IAsyncResult BeginProcessRequest(HttpContext context, AsyncCallback cb, object extraData)
{
    var clientID = context.Request.QueryString["id"];
    WebAsyncResultCollection.Instance.SendMessage(clientID, "ClearClientID");
    WebAsyncResult result = new WebAsyncResult(cb, context, clientID);
    WebAsyncResultCollection.Instance.Add(result);
    return result;
}

【不完善】由于客户端收到一次消息后结束请求，由客户端再次发起请求，中间会有部分时间间隙，在这间隙中向该客户端发送的消息将丢失，解决方案是维护另一个用户是否在线的表，如果用户不在线，则处理离线消息，如果在线，并且正在连接中，则按上述处理，如果不在连接中，则缓存在服务器，当客户端再次连接时，首先检查缓存的消息，如果有未接消息，则获取消息并立即返回。

发送消息的处理程序。

public class SendMessage : IHttpHandler
{

    public void ProcessRequest(HttpContext context)
    {
        var clientID = context.Request.QueryString["clientID"];
        var message = context.Request.QueryString["message"];
        WebAsyncResultCollection.Instance.SendMessage(clientID, message);
    }

    public bool IsReusable
    {
        get
        {
            return true;
        }
    }
}

可以在任何需要的位置向客户端发送消息。

【不完善】我们需要定时刷新客户端集合，对于长时间未处理的客户端进行超时结束处理。

通过异步处理程序构建的长连接消息推送机制，单台服务器可以轻松支持上万个并发连接。

异步Action

在ASP.NET MVC 4中，添加了对异步Action的支持。

在ASP.NET MVC4中，整个处理过程都是异步的。

在图中可以看到，最右边的ActionDescriptor将决定如何调用我们的Action方法，而如何调用是由具体的Action方法形式决定，ASP.NET MVC会根据不同的方法形式创建不同的ActionDescriptor实例，从而调用不同的处理过程。对于传统的方法，则使用ReflectedActionDescriptor，他实现Execute方法，调用我们的Action，并在AsyncControllerActionInvoker包装成同步调用。而异步调用在ASP.NET MVC 4  中有两种模式。

异步Action模式一：AsyncController/XXXAsync/XXXCompleted

我们可以使一个Controller继承自AsyncController，按照约定同时提供两个方法，分别命名为XXXAsync/XXXCompleted，ASP.NET MVC则会将他们包装成ReflectedAsyncActionDescriptor。

public class DefaultController : AsyncController
{
    public void DoAsync()
    {
        //注册一次异步
        AsyncManager.OutstandingOperations.Increment();
        Timer timer = null;
        timer = new Timer(o =>
        {
            //一次异步完成
            AsyncManager.OutstandingOperations.Decrement();
            timer.Dispose();
        },null, 5000, 5000);
    }

    public ActionResult DoCompleted()
    {
        return Content("OK");
    }
}

由于没有IAsyncResult，我们需要通过AsyncManager来告诉ASP.NET MVC何时完成异步，我们可以在方法内部在启用异步时调用AsyncManager.OutstandingOperations.Increment()告诉ASP.NET MVC开始了一次异步，完成异步时调用AsyncManager.OutstandingOperations.Decrement()告诉ASP.NET MVC完成了一次异步，当所有异步完成，AsyncManager会自动触发异步完成事件，调用回调方法，最终调用我们的XXXComplete方法。我们也可以用AsyncManager.Finish()也触发所有异步完成。当不使用任何AsyncManager时，则不启用异步。

可以看到整个异步过程由ASP.NET完成，在适当的时候会调用我们的方法。异步的开始、结束动作与及如何触发完成都在我们的代码中体现。

异步Action模式二：Task Action

对于Action，如果返回的类型是 Task，ASP.NET MVC则会将他们包装成TaskAsyncActionDescriptor。

public class DefaultController : Controller
{
    public async Task<FileResult> Download()
    {
        using (FileStream fs = new FileStream("D:\\a.txt", FileMode.Open, FileAccess.Read, FileShare.ReadWrite, 4096, FileOptions.Asynchronous))
        {
            byte[] data = new byte[fs.Length];
            await fs.ReadAsync(data, 0, data.Length);
            return new FileContentResult(data, "application/octet-stream");
        }
    }
}

我只需要需提供一个返回类型为Task的方法即可，我里我们采用async/await语法构建一个异步方法，在方法内部调用其他的异步方法。

相比之前的模式，简单了一些，特别是我们的Controller中，只有一个方法，异步的操作都交由Task完成。对于可以返回Task的方法来说（如通过async/await包装多个异步方法），就显得十分方便。

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