.NET 中小心嵌套等待的 Task,它可能会耗尽你线程池的现有资源,出现类似死锁的情况

一个简单的 Task 不会消耗多少时间,但如果你不合适地将 Task 转为同步等待,那么也可能很快耗尽线程池的所有资源,出现类似死锁的情况。

本文将以一个最简单的例子说明如何出现以及避免这样的问题。


耗时的 Task.Run

谁都不会认为 Task.Run(() => 1) 这个异步任务执行会消耗多少时间。

但实际上,如果你的代码写得不清真,它真的能消耗大量的时间,这种时间消耗有点像死锁。

下图分别是 7 个这样的任务、8 个这样的任务和 16 个这样的任务的耗时:

简单异步任务的耗时

可以发现,8 个任务和 16 个任务的耗时很不正常。

在实际的测试当中,1~7 个任务的耗时几乎相同,而到后面每增加一个任务会增加大量时间。

任务个数 耗时 (ms)
1 39
2 54
3 58
4 50
5 49
6 45
7 54
8 1027
9 2030
10 3027
11 4027
12 5032
13 6027
14 7029
15 8025
16 9025

任务计时采用的是 Stopwatch,关于为什么要使用这种计时方式,可以阅读 .NET/C# 在代码中测量代码执行耗时的建议(比较系统性能计数器和系统时间)

统计图表

从图中,我们可以很直观地观察到,每多一个任务,就会多花 1 秒的事件。这可以认为默认情况下线程池在增加线程的时候,发现如果线程不够,会等待 1 秒之后才会创建新的线程。

最简复现代码

class Program
{
    static async Task Main(string[] args)
    {
        Console.Title = "walterlv task demo";

        var stopwatch = Stopwatch.StartNew();

        var task = Enumerable.Range(0, 8).Select(i => Task.Run(() => DoAsync(i).Result)).ToList();
        await Task.WhenAll(task);

        Console.WriteLine($"耗时: {stopwatch.Elapsed}");
        Console.Read();
    }

    private static async Task<int> DoAsync(int index)
    {
        return await Task.Run(() => 1);
    }
}

原因

你可以阅读 .NET 默认的 TaskScheduler 和线程池(ThreadPool)设置 了解线程池创建新工作线程的规则。这里其实真的是类似于死锁的一个例子。

  1. 一开始,我们创建了 n 个 Task,然后分别安排在线程池中执行,并在每个 Task 中等待任务执行完毕;
  2. 随后这 n 个 Task 分别再创建了 n 个子 Task,并继续安排在线程池中执行;
  3. 这时问题来了,由于前面 n 个 Task 在等待中,所以占用了线程池的线程资源:
    • 如果 n < 线程池最小线程数,那么当前线程池中还有剩余工作线程帮助完成子 Task;
    • 但如果 n >= 线程池最小线程数,那么当前线程池中便没有新的工作线程来完成子 Task;于是一开始的等待也不会完成;必须等线程池开启新的工作线程后,任务才可以继续。

带线程池开启新的线程之前,以上那些线程就是处于死锁的状态!由于线程池开启新的工作线程需要等待一段时间(例如每秒最多开启一个新的线程),所以每增加一个这样的任务,那么消耗的时间便会持续增加。

解决

去掉这里本来多余的 Task.Run 问题便可以解决。或者一直 async/await 中间不要转换为同步代码,那么问题也能解决。

我会遇到以上代码,是因为在库中写了类似 DoAsync 那样的方法。同时为了方便使用,封装了一个同步等待的属性。在业务使用方,觉得获取此属性可能比较耗时,于是用了 Task.Run 在后台线程调用。同时由于这是一个可能大量并发的操作,于是造成了以上悲剧。

更多死锁问题

死锁问题:

解决方法:

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