.Net中 编写 异步WebAPI 到底有何好处？
在.NET中编写异步Web API可以带来显著的好处，尤其是在处理高并发、I/O密集型操作以及提升用户体验方面。下面我将详细阐述这些好处：
1. 提升吞吐量和响应能力 (Increased Throughput and Responsiveness)
这是异步Web API最核心的好处。
并行处理能力： 当你的Web API方法中包含 I/O 密集型操作（如数据库查询、文件读写、调用外部服务等）时，如果没有使用异步，这些操作会阻塞当前线程。这意味着该线程在等待I/O操作完成之前无法处理其他请求。
同步场景（阻塞）： 一个线程负责处理一个请求。如果该请求在等待数据库返回数据，那么这个线程就空闲了，不能去处理其他新的请求。随着并发请求的增加，很快就会耗尽服务器线程池，导致新的请求无法被处理，API的吞吐量急剧下降，响应时间也越来越长，甚至导致服务不可用。
异步场景（非阻塞）： 当你使用 `async` 和 `await` 关键字时，在遇到 I/O 密集型操作时，线程不会被阻塞。相反，它会将 I/O 操作的控制权交给操作系统，然后 释放该线程，使其能够去处理其他传入的请求。当 I/O 操作完成后，操作系统会通知 .NET 运行时，由一个可用的线程（可能是之前释放的线程，也可能是线程池中的新线程）来继续执行 `await` 后面的代码。
更有效地利用服务器资源： 由于线程不会被长时间阻塞在 I/O 等待上，服务器上的线程数量可以更少地被消耗。这意味着你可以用更少的服务器资源（CPU、内存）来处理更多的并发请求。
减少请求队列积压： 当服务器线程不足时，新的请求会被放入队列等待处理。异步处理可以更快地释放线程，减少队列积压，从而降低请求的平均等待时间。
举例说明：
假设你的API需要从数据库获取用户列表，这是一个典型的I/O密集型操作。
同步API:
```csharp
[HttpGet]
public IEnumerable GetUsers()
{
// 阻塞线程等待数据库查询结果
var users = _databaseService.GetUsers();
return users;
}
```
当多个用户同时请求 `/api/users` 时，每个请求都会占用一个线程，直到数据库查询完成。如果数据库响应慢，服务器很快就会耗尽线程。
异步API:
```csharp
[HttpGet]
public async Task> GetUsersAsync()
{
// 异步调用数据库，不阻塞当前线程
var users = await _databaseService.GetUsersAsync();
return users;
}
```
当第一个请求执行到 `await _databaseService.GetUsersAsync()` 时，线程被释放去处理其他请求。当数据库查询完成后，另一个线程（可能是线程池中的一个）会唤醒继续执行后面的代码。这种方式大大提高了服务器处理并发请求的能力。
2. 改善用户体验 (Improved User Experience)
更快的响应时间（尤其是在高负载下）： 虽然单个异步调用的开销可能略大于同步调用，但在高并发场景下，异步API能够更快速地响应请求，避免长时间的等待。用户不再需要面对“页面卡死”或者请求超时的情况。
避免UI线程阻塞 (在桌面或移动应用调用API时)： 如果你的Web API是由桌面或移动应用中的UI线程调用的，使用同步API会导致UI线程被阻塞，界面会冻结，用户体验极差。而异步API则允许UI线程在等待数据时继续响应用户交互，保持界面的流畅性。
3. 更好的可伸缩性 (Better Scalability)
更容易应对流量增长： 随着业务的发展，访问量的增加是必然的。采用异步编程模型使得你的API能够以更少的资源扩展，更好地应对流量高峰，保证服务的可用性。
降低基础设施成本： 由于更高效的资源利用，你可能不需要像同步API那样频繁地升级服务器硬件或增加服务器数量来维持性能，从而降低了IT基础设施的成本。
4. 更清晰的代码结构和可维护性 (Cleaner Code Structure and Maintainability)
虽然学习和掌握异步编程需要一些时间，但一旦熟悉，它能带来更清晰、更易于维护的代码。
避免“回调地狱”： 在JavaScript等语言中，大量的嵌套回调会导致“回调地狱”。C 的 `async/await` 语法糖极大地简化了异步编程，使得异步代码看起来几乎和同步代码一样线性、易读。
简化复杂的异步操作： 当你需要执行多个异步操作，并且它们之间有依赖关系时，`async/await` 可以非常优雅地组织这些逻辑。
更容易进行错误处理： 异步操作中的异常可以像同步代码一样被 `trycatch` 块捕获，无需特殊的异步异常处理机制。
5. 拥抱现代编程范式 (Embracing Modern Programming Paradigms)
.NET Core 和 ASP.NET Core 的设计理念： .NET Core 和 ASP.NET Core 是围绕异步和非阻塞 I/O 设计的。这意味着框架本身大量使用了异步模式，如果你在其中编写同步代码，可能会错过框架提供的性能优势，甚至引入不必要的阻塞。
库和框架的异步支持： 大多数现代.NET库（如 Entity Framework Core, HttpClient, SignalR 等）都提供了异步API。使用异步API可以让你充分利用这些库的性能优势，避免在调用它们时引入同步阻塞。
潜在的权衡和注意事项 (Potential Tradeoffs and Considerations)
虽然异步Web API好处多多，但也有一些需要注意的地方：
学习曲线： 对于初学者来说，理解 `async/await` 的工作原理，比如线程的释放与恢复，以及避免死锁等，可能需要一些时间和精力。
不适合CPU密集型操作： 异步编程主要解决的是 I/O 密集型操作的阻塞问题。如果你的API主要进行大量的计算（CPU密集型），异步化带来的好处会很有限，甚至可能因为上下文切换的开销而略微降低性能。对于CPU密集型任务，可以考虑使用 `Task.Run` 将其放到线程池中执行，但要小心管理线程池的负载。
需要全程异步： 一旦你开始使用异步，尽量在整个调用链中保持异步。如果在异步方法中调用了一个同步的I/O操作，那么该方法就会被阻塞，从而抵消了异步的优势。
死锁的可能性： 在某些特定情况下（例如，一个异步代码块在等待一个同步的、由同一个线程执行的异步方法完成），可能会发生死锁。例如，在ASP.NET Core的早期版本中，直接调用 `.Result` 或 `.Wait()` 可能会导致死锁。在 ASP.NET Core 中，由于 `HttpContext` 是通过线程绑定的，所以更推荐使用 `await` 来处理异步操作，避免直接调用 `Result`。
总结
在.NET中编写异步Web API的核心优势在于 高效地处理 I/O 密集型操作，从而极大地提升了服务器的吞吐量、响应能力和可伸缩性。这使得你可以用更少的资源处理更多的并发请求，提供更流畅的用户体验，并降低运维成本。同时，`async/await` 语法也使得异步代码更加易于编写和维护。对于现代的Web服务开发而言，拥抱异步编程是提升服务性能和稳定性的关键。
1. 提升吞吐量和响应能力 (Increased Throughput and Responsiveness)
这是异步Web API最核心的好处。
并行处理能力： 当你的Web API方法中包含 I/O 密集型操作（如数据库查询、文件读写、调用外部服务等）时，如果没有使用异步，这些操作会阻塞当前线程。这意味着该线程在等待I/O操作完成之前无法处理其他请求。
同步场景（阻塞）： 一个线程负责处理一个请求。如果该请求在等待数据库返回数据，那么这个线程就空闲了，不能去处理其他新的请求。随着并发请求的增加，很快就会耗尽服务器线程池，导致新的请求无法被处理，API的吞吐量急剧下降，响应时间也越来越长，甚至导致服务不可用。
异步场景（非阻塞）： 当你使用 `async` 和 `await` 关键字时，在遇到 I/O 密集型操作时，线程不会被阻塞。相反，它会将 I/O 操作的控制权交给操作系统，然后 释放该线程，使其能够去处理其他传入的请求。当 I/O 操作完成后，操作系统会通知 .NET 运行时，由一个可用的线程（可能是之前释放的线程，也可能是线程池中的新线程）来继续执行 `await` 后面的代码。
更有效地利用服务器资源： 由于线程不会被长时间阻塞在 I/O 等待上，服务器上的线程数量可以更少地被消耗。这意味着你可以用更少的服务器资源（CPU、内存）来处理更多的并发请求。
减少请求队列积压： 当服务器线程不足时，新的请求会被放入队列等待处理。异步处理可以更快地释放线程，减少队列积压，从而降低请求的平均等待时间。
举例说明：
假设你的API需要从数据库获取用户列表，这是一个典型的I/O密集型操作。
同步API:
```csharp
[HttpGet]
public IEnumerable
{
// 阻塞线程等待数据库查询结果
var users = _databaseService.GetUsers();
return users;
}
```
当多个用户同时请求 `/api/users` 时，每个请求都会占用一个线程，直到数据库查询完成。如果数据库响应慢，服务器很快就会耗尽线程。
异步API:
```csharp
[HttpGet]
public async Task
{
// 异步调用数据库，不阻塞当前线程
var users = await _databaseService.GetUsersAsync();
return users;
}
```
当第一个请求执行到 `await _databaseService.GetUsersAsync()` 时，线程被释放去处理其他请求。当数据库查询完成后，另一个线程（可能是线程池中的一个）会唤醒继续执行后面的代码。这种方式大大提高了服务器处理并发请求的能力。
2. 改善用户体验 (Improved User Experience)
更快的响应时间（尤其是在高负载下）： 虽然单个异步调用的开销可能略大于同步调用，但在高并发场景下，异步API能够更快速地响应请求，避免长时间的等待。用户不再需要面对“页面卡死”或者请求超时的情况。
避免UI线程阻塞 (在桌面或移动应用调用API时)： 如果你的Web API是由桌面或移动应用中的UI线程调用的，使用同步API会导致UI线程被阻塞，界面会冻结，用户体验极差。而异步API则允许UI线程在等待数据时继续响应用户交互，保持界面的流畅性。
3. 更好的可伸缩性 (Better Scalability)
更容易应对流量增长： 随着业务的发展，访问量的增加是必然的。采用异步编程模型使得你的API能够以更少的资源扩展，更好地应对流量高峰，保证服务的可用性。
降低基础设施成本： 由于更高效的资源利用，你可能不需要像同步API那样频繁地升级服务器硬件或增加服务器数量来维持性能，从而降低了IT基础设施的成本。
4. 更清晰的代码结构和可维护性 (Cleaner Code Structure and Maintainability)
虽然学习和掌握异步编程需要一些时间，但一旦熟悉，它能带来更清晰、更易于维护的代码。
避免“回调地狱”： 在JavaScript等语言中，大量的嵌套回调会导致“回调地狱”。C 的 `async/await` 语法糖极大地简化了异步编程，使得异步代码看起来几乎和同步代码一样线性、易读。
简化复杂的异步操作： 当你需要执行多个异步操作，并且它们之间有依赖关系时，`async/await` 可以非常优雅地组织这些逻辑。
更容易进行错误处理： 异步操作中的异常可以像同步代码一样被 `trycatch` 块捕获，无需特殊的异步异常处理机制。
5. 拥抱现代编程范式 (Embracing Modern Programming Paradigms)
.NET Core 和 ASP.NET Core 的设计理念： .NET Core 和 ASP.NET Core 是围绕异步和非阻塞 I/O 设计的。这意味着框架本身大量使用了异步模式，如果你在其中编写同步代码，可能会错过框架提供的性能优势，甚至引入不必要的阻塞。
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潜在的权衡和注意事项 (Potential Tradeoffs and Considerations)
虽然异步Web API好处多多，但也有一些需要注意的地方：
学习曲线： 对于初学者来说，理解 `async/await` 的工作原理，比如线程的释放与恢复，以及避免死锁等，可能需要一些时间和精力。
不适合CPU密集型操作： 异步编程主要解决的是 I/O 密集型操作的阻塞问题。如果你的API主要进行大量的计算（CPU密集型），异步化带来的好处会很有限，甚至可能因为上下文切换的开销而略微降低性能。对于CPU密集型任务，可以考虑使用 `Task.Run` 将其放到线程池中执行，但要小心管理线程池的负载。
需要全程异步： 一旦你开始使用异步，尽量在整个调用链中保持异步。如果在异步方法中调用了一个同步的I/O操作，那么该方法就会被阻塞，从而抵消了异步的优势。
死锁的可能性： 在某些特定情况下（例如，一个异步代码块在等待一个同步的、由同一个线程执行的异步方法完成），可能会发生死锁。例如，在ASP.NET Core的早期版本中，直接调用 `.Result` 或 `.Wait()` 可能会导致死锁。在 ASP.NET Core 中，由于 `HttpContext` 是通过线程绑定的，所以更推荐使用 `await` 来处理异步操作，避免直接调用 `Result`。
总结
在.NET中编写异步Web API的核心优势在于 高效地处理 I/O 密集型操作，从而极大地提升了服务器的吞吐量、响应能力和可伸缩性。这使得你可以用更少的资源处理更多的并发请求，提供更流畅的用户体验，并降低运维成本。同时，`async/await` 语法也使得异步代码更加易于编写和维护。对于现代的Web服务开发而言，拥抱异步编程是提升服务性能和稳定性的关键。
网友意见
这个代码中，userService获取值如果是直接从内存获取，那么它并不会给带来性能提升，还有可能带来性能损耗，如果它是从redis或数据库获取，那么会得到一定的提升。
异步是一种很高效的操作，能够尽力榨干机器的性能，明白它的原理就很简单了。
比如现在有十个请求，每个请求分成三个阶段处理，初始化10ms，读取数据库10ms，运算10ms。
假如有一台服务器，一次只能处理1个请求，那么同时来十个请求，排入队列，1号请求要等到回复要30毫秒，2号回复要等1号完成再进行，那就需要60ms，以此类推，需要300毫秒完成。
如果是异步，第一个请求进入读取数据库时，CPU就空闲出来了，那么第二个请求的运算就可以开始了。
可以注意到当第一个请求第一阶段运算完成，读数据库时，CPU已经空闲下来了，但是同步的话就只能让它空着。
如果采用异步，第一个请求30毫秒完成，第二个第40毫秒时就可以完成，第三个请求50ms…十个请求只需要120ms就可以完成。
可以看到，十个请求，120ms就处理ms了本来要300ms才能处理好的任务，时间节省了一半多。
nodejs单线程能够有极高的性能，也是通过异步来实现的。
性能的提升意味着你可以用更加便宜的硬件节省成本以及应对各种业务需要。
所以，异步的适用于充分利用资源空闲，反之，如果是不会出现资源空闲的任务，比如上述场景的十个请求都仅仅是读取数据库的话，是毫无意义的。
然后又会有疑问了，通常的web服务器，它同时能处理多个请求，异步是否还是需要的？
设想一个场景，同时来了一万个请求，而服务器比如在Java中直接开同步线程，如果开上几千个就会不堪重负，并且会占用相当大的内存空间，并且显然这几千个线程仅仅是挤出来了计算空间，而对于共享资源比如读写数据库，线程需要进行互相加锁处理。
如果有每个进程，需要先读写10ms数据库，然后计算10ms，再读写数据库10ms，那么你将需要让它持有数据库资源高达30ms，其中有10ms只能眼睁睁看着，一万个请求将浪费10万ms用于等待。
如果能让线程们能够自己切换，它们就像帝国时代里的工人们，砍树的也能采石头，也能造房子，这个问题就能解决。
将任务进行分割，计算的任务，读数据库的任务，进行分离，然后一堆线程轮流负责专门读写数据库，一堆线程轮流专门负责计算，哪里有空闲时，闲的一堆线程过去负责其他工作。
听起来是不是很耳熟，这就是使用iocp或是epoll实现高性能处理的关键，写这些东西很繁琐，调度听起来也有点复杂，放到十多年前，会用这些的，光是跟人口沫横飞都可以吹上个大半天，而且大多数人即使知道了原理，也很难将它们运用好。
到现在，这些完全不用操心了，只需要简单的async与await，调调下线程池参数，必要时再用用自旋锁，遵循好规范，轻易就可以实现高性能方案。
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