c# - 如何在基于异步/等待的单线程协程实现中捕获异常

Question

是否可以使用async并等待以高雅而安全地实现高性能的协程，这些协程仅在一个线程上运行，不浪费周期(这是游戏代码)，并且可以将异常返回给协程的调用方(可能是一个协程)协程本身)？

背景

我正在尝试用C#协同程序AI代码替换(宠物游戏项目)Lua协同程序AI代码(通过LuaInterface托管在C#中)。

•我想将每个AI(例如怪物)作为自己的协程(或嵌套的协程)运行，以便主游戏线程可以每帧(每秒60次)选择“单步执行”部分或全部人工智能取决于其他工作量。

•但是出于可读性和易于编码的目的，我想编写AI代码，使其唯一的线程感知功能是在完成任何重要工作后“屈服”其时间片；并且我希望能够“屈服”中间方法，并在所有本地人完好无损的情况下恢复下一帧(正如您期望的那样。)

•我不想使用IEnumerable <>来获得 yield ，部分是由于丑陋，部分是由于对所报告问题的迷信，尤其是异步和等待看起来更合乎逻辑。

从逻辑上讲，主要游戏的伪代码为:

void MainGameInit()
{
    foreach (monster in Level)
        Coroutines.Add(() => ASingleMonstersAI(monster));
}

void MainGameEachFrame()
{        
     RunVitalUpdatesEachFrame();
     while (TimeToSpare())
          Coroutines.StepNext() // round robin is fine
     Draw();
}                

对于AI:

void ASingleMonstersAI(Monster monster)
{
     while (true)
     {
           DoSomeWork(monster);
           <yield to next frame>
           DoSomeMoreWork(monster);
           <yield to next frame>
           ...
     }
}

void DoSomeWork(Monster monster)
{
    while (SomeCondition())
    {
        DoSomethingQuick();
        DoSomethingSlow();
        <yield to next frame>    
    }
    DoSomethingElse();
}
...

方法

在Windows 2012桌面版VS 2012 Express(.NET 4.5)中，我试图逐字使用Jon Skeet出色的 Eduasync part 13: first look at coroutines with async中的示例代码，这令人大开眼界。

该源可用 via this link。不使用提供的AsyncVoidMethodBuilder.cs，因为它与mscorlib中的发行版冲突(这可能是问题的一部分)。我必须将提供的Coordinator类标记为实现System.Runtime.CompilerServices.INotifyCompletion，因为.NET 4.5的发行版要求这样做。

尽管如此，创建一个控制台应用程序来运行示例代码仍然可以很好地工作，而这正是我想要的:在单线程上进行协作多线程，并以“yield”作为等待，而不会出现基于IEnumerable <>的协程的丑陋情况。

现在，我按如下方式编辑示例FirstCoroutine函数:

private static async void FirstCoroutine(Coordinator coordinator) 
{ 
    await coordinator;
    throw new InvalidOperationException("First coroutine failed.");
}

然后编辑Main()，如下所示:

private static void Main(string[] args) 
{ 
    var coordinator = new Coordinator {  
        FirstCoroutine, 
        SecondCoroutine, 
        ThirdCoroutine 
    }; 
    try
    {
        coordinator.Start(); 
    }
    catch (Exception ex)
    {
         Console.WriteLine("*** Exception caught: {0}", ex);
    }
}

我天真地希望能捕获到异常。相反，它不是-在此“单线程”协程实现中，它被抛出在线程池线程上，因此未被捕获。

尝试修复此方法

通过阅读，我了解了部分问题。我收集的控制台应用程序缺少SynchronizationContext。从某种意义上讲，我也收集到异步虚空并不是用来传播结果的，尽管我不确定在此如何做，也不确定添加任务如何在单线程实现中有所帮助。

我可以从编译器为FirstCoroutine生成的状态机代码中看到，通过其MoveNext()实现，任何异常都传递给AsyncVoidMethodBuilder.SetException()，这会发现缺少同步上下文并调用ThrowAsync()并最终到达线程池就像我看到的那样。

但是，我天真的将SynchronisationContext嫁接到应用程序上的尝试并没有成功。我尝试添加 this one，在Main()的开头调用SetSynchronizationContext()，然后将整个Coordinator创建并包装在AsyncPump()。Run()中，然后可以在该类中使用Debugger.Break()(但不能设置断点) 'Post()方法，然后在这里看到异常。但是，单线程同步上下文只是按顺序执行。它无法完成将异常传播回调用者的工作。因此，在完成了整个协调程序序列(及其捕获块)并进行了尘土处理后，异常异常严重。

我尝试了更灵活的方法来派生我自己的SynchronizationContext，该方法的Post()方法立即立即执行给定的Action；这看起来很有希望(如果邪恶，并且对于在该上下文处于 Activity 状态的任何复杂代码毫无疑问会带来可怕的后果？)，但这与生成的状态机代码不符:AsyncMethodBuilderCore.ThrowAsync的通用catch处理程序将捕获此尝试并重新抛出线程池!

部分“解决方案”，可能不明智吗？

继续思考，我有一个部分的“解决方案”，但是我不确定是什么后果，因为我宁愿在黑暗中钓鱼。

我可以自定义Jon Skeet的Coordinator，以实例化其自己的SynchronizationContext派生类，该类具有对Coordinator本身的引用。当要求上述上下文发送Send()或Post()回调(例如AsyncMethodBuilderCore.ThrowAsync())时，它会要求协调器将其添加到特殊的Action队列中。

协调器在执行任何操作(协程或异步继续)之前将其设置为当前上下文，然后再还原之前的上下文。

在协调器的通常队列中执行任何 Action 后，我可以坚持认为它会执行特殊队列中的每个 Action 。这意味着AsyncMethodBuilderCore.ThrowAsync()导致相关延续过早退出后立即引发异常。 (从AsyncMethodBuilderCore抛出的异常中提取原始异常仍然有很多工作要做。)

但是，由于自定义SynchronizationContext的其他方法没有被覆盖，并且由于我最终对自己正在做的事情缺乏足够的了解，因此我认为对于任何复杂的问题(尤其是异步或任务)，这都会产生一些(不愉快的)副作用定向程序，还是真正的多线程？)由协程调用的代码是理所当然的吗？

Answer 1

有趣的难题。

问题

如您所指出的，问题是默认情况下，使用void async方法捕获的任何异常都是使用AsyncVoidMethodBuilder.SetException捕获的，然后使用AsyncMethodBuilderCore.ThrowAsync();捕获。麻烦的是，因为一旦存在，异常就会被抛出到另一个线程(从线程池中)。似乎没有任何方法可以覆盖此行为。

但是，AsyncVoidMethodBuilder是void方法的异步方法构建器。 Task异步方法呢？这是通过AsyncTaskMethodBuilder处理的。与该构建器的不同之处在于，它没有将其传播到当前的同步上下文，而是调用Task.SetException来通知任务的用户抛出了异常。

一个办法

知道返回Task的异步方法会将异常信息存储在返回的任务中，然后我们可以将协程转换为任务返回方法，并使用从每个协程的初始调用返回的任务在以后检查异常。 (请注意，因为void/返回异步任务的任务相同，所以无需更改例程)。

这需要对Coordinator类进行一些更改。首先，我们添加两个新字段:

private List<Func<Coordinator, Task>> initialCoroutines = new List<Func<Coordinator, Task>>();
private List<Task> coroutineTasks = new List<Task>();

initialCoroutines存储最初添加到协调器的协程，而 coroutineTasks存储初始调用 initialCoroutines产生的任务。

然后，我们的Start()例程适用于运行新例程，存储结果，然后在每个新操作之间检查任务的结果:

foreach (var taskFunc in initialCoroutines)
{
    coroutineTasks.Add(taskFunc(this));
}

while (actions.Count > 0)
{
    Task failed = coroutineTasks.FirstOrDefault(t => t.IsFaulted);
    if (failed != null)
    {
        throw failed.Exception;
    }
    actions.Dequeue().Invoke();
}

这样，异常就会传播到原始调用方。