Orleans 的异步

Orleans 异步与 TaskFactory.StartNew 的区别（含 Orleans 上下文详解）

本文整理 Orleans 的异步执行模型、与 .NET 中 Task.Run/TaskFactory.StartNew 的差异与影响，并给出在 Grain 与 Client 侧的最佳实践。重点回答：在 Orleans 中什么时候不要用 TaskFactory.StartNew/Task.Run，为什么，以及如何正确处理 Orleans 上下文（RequestContext/调用上下文/激活上下文）。

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1) Orleans 的异步与并发模型（核心认知）

• 单激活、回合制执行（turn-based）：每个 Grain 激活默认非可重入，串行处理来自 Runtime 的调用“回合”。这使得在不主动并发的情况下，Grain 内部状态读写是线程安全的。
• 完全基于 async/await：Orleans 建议在 Grain 中以自然的 async/await 方式写逻辑，不要阻塞（.Result/.Wait()），避免死锁与线程池饥饿。
• 无依赖 SynchronizationContext：Orleans 运行时不依赖 UI/ASP.NET 式的单线程上下文；await 之后的延续一般在线程池执行，但 Orleans 利用回合调度保证激活级别的顺序性（取决于是否可重入、是否 reentrant/互斥门、是否有并发点）。
• 上下文传播使用 AsyncLocal：如 RequestContext 通过 AsyncLocal 传播，默认可跨 await 以及大多数任务切换流动。

结论：在 Grain 中用“直写”的 async/await 就是最佳路径，保持顺序语义与上下文一致性。

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2) Task.Run 与 TaskFactory.StartNew 的关键差异

两者都在 .NET 线程池上调度工作，但默认行为有重要区别：

• 调度器选择：

  • Task.Run：使用 TaskScheduler.Default（线程池）。
  • TaskFactory.StartNew：默认使用 TaskScheduler.Current（可能不是 Default），且可通过参数强控制选项。这在库代码或特殊调度器环境下（并行库、自定义调度器）容易产生意外。

• 对 async lambda 的解包：

  • Task.Run(async () => ...) 会自动“解包”，直接返回 Task（内部的 Task<Task> 被 unwrap）。
  • TaskFactory.StartNew(async () => ...) 返回的是 Task<Task>，需要手动 .Unwrap()；否则调用方很容易以为已完成，但内部任务仍在运行。

• ExecutionContext/AsyncLocal 流动：

  • 二者都会在默认情况下流动 ExecutionContext，因此 AsyncLocal（如 Orleans 的 RequestContext）通常会被继承。
  • 但 StartNew 常伴随自定义 TaskCreationOptions/TaskScheduler 使用，容易无意改变上下文/调度语义，带来更多不确定性。

建议：常规情况下优先用 Task.Run（若确实需要线程池并行），更易于获得直观且正确的行为；避免直接使用 TaskFactory.StartNew，除非非常清楚其所有影响并显式 Unwrap()。

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3) 在 Orleans Grain 内使用 Task.Run/StartNew 的影响

在 Grain 内部使用这两种 API 会引入“绕过回合调度”的并发点：

• 状态安全风险：

  • Grain 默认依赖“回合制”来保证顺序访问。如果你在 Grain 内部启动并行任务并在其中读/写 Grain 状态，就可能与后续到达的调用交叠，破坏顺序性与线程安全。
  • 特别是 StartNew 配合 TaskScheduler.Current 等非默认调度器时，行为更不透明。

• 上下文一致性：

  • Orleans 的 RequestContext 基于 AsyncLocal，一般会随 Task.Run/StartNew 流动。但如果你在线程内再做跨线程 hop 或使用自定义 TaskScheduler/ConfigureAwait(false) 混用第三方库，仍可能出现上下文丢失的边缘情况。

• 延续回到 Grain 语义：

  • Orleans 不要求延续回到某个 SynchronizationContext；但从并发与状态安全角度看，你应当避免在并发任务内部操作 Grain 状态。将结果通过 await 回到调用链，再以顺序方式处理。

实践结论：

• 不要在 Grain 内随意使用 Task.Run/TaskFactory.StartNew 以“加速”逻辑。
• 若必须进行 CPU 密集或阻塞型 I/O（遗留库）隔离：
  • 可以使用 Task.Run 将该段与 Grain 回合解耦，避免阻塞激活线程。
  • 但必须在 await 其完成后，回到顺序路径再访问 Grain 状态。
  • 避免使用 TaskFactory.StartNew，除非你显式 Unwrap() 并完全理解调度差异。

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4) Orleans 上下文（RequestContext / 调用过滤器 / 激活上下文）

• RequestContext：

  • 通过 Orleans.Runtime.RequestContext 提供跨调用的键值对传递（如追踪 ID、多租户标识）。
  • 基于 AsyncLocal，默认会跨 await 和绝大多数任务调度流动。
  • 若你在 Task.Run 内部修改 RequestContext，只影响该任务及其子任务，不会“自动回写”到外层调用链。

• 调用过滤器（IIncomingGrainCallFilter/IOutgoingGrainCallFilter）：

  • 用于注入横切关注点（Tracing、Metrics、租户鉴权），依赖于请求的上下文流动。
  • 如果在并发任务中绕过常规调用链，过滤器链不参与，你也就绕开了这些横切逻辑。

• 激活上下文/生命周期：

  • OnActivateAsync/OnDeactivateAsync 是激活的生命周期钩子；在这些回调中同样不要开启无序的并发去读写状态。
  • 如果必须并发，遵守“并发任务中不直接访问 Grain 状态”的原则，并在 await 回到顺序后再合并结果。

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5) 在 Client/网关侧与 Silo/Grain 侧的差异

• Client/网关（非 Grain 代码）：

  • 可以将 Task.Run 用于 CPU 密集转换或与第三方阻塞库交互，风险相对较小。
  • 仍需注意 RequestContext 的读写语义：如果你依赖它为下游 Grain 调用携带信息，确保在发起调用前已正确设置。

• Silo/Grain 代码：

  • 优先保持纯 async/await 串行流控制，不在 Grain 内启动无序并发。
  • 必要的并发仅限于“隔离阻塞/CPU 密集”，并严格禁止在并发分支中修改 Grain 状态。

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6) 常见陷阱与对比清单

• 陷阱：StartNew(async () => ...) 未解包 → 返回 Task<Task>，上层 await 了一层后误以为完成，导致幽灵并发与异常丢失。应使用 .Unwrap() 或改用 Task.Run。
• 陷阱：在并发任务里写 Grain 状态 → 打破回合串行语义，产生竞态。
• 陷阱：.Result/.Wait() → 可能死锁或导致线程池饥饿，影响全局吞吐与延迟。
• 陷阱：自定义 TaskScheduler → 与 Orleans 的预期行为不一致，调度不可预期。

对比要点：

• 是否应在 Grain 中主动并发？ 通常不应。仅在隔离外部阻塞/CPU 场景使用，并回到顺序路径合并结果。
• 需要线程池 offload？ 用 Task.Run，避免 StartNew 的易错默认；不要在 offload 任务中触碰 Grain 状态。
• 上下文是否会丢？ 一般不会，但不要依赖并发分支对外层 RequestContext 的“回写”。

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7) 推荐实践（示例）

避免在 Grain 内直接使用 TaskFactory.StartNew；如需 offload：

// Grain 方法内部
public async Task<int> ComputeAsync(Input input)
{
    // 正确：offload CPU/阻塞任务，但不在并发分支读写 Grain 状态
    var result = await Task.Run(() => HeavyCpuWork(input));

    // 回到顺序路径后再安全地操作 Grain 状态
    this.state.Value = result;
    await this.WriteStateAsync();
    return result;
}

错误示例（不要这么做）：

// 不建议：StartNew + async 未 Unwrap，且在并发分支内修改状态
var task = Task.Factory.StartNew(async () =>
{
    var r = await SomeIoAsync();
    this.state.Value = r; // 与 Grain 回合并发，存在竞态
});
await task; // 这里只等待到外层 Task 完成，内部 Task 可能仍在运行

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8) 配置与 ConfigureAwait(false) 说明

• Orleans 不依赖特定的 SynchronizationContext；在 Grain 中使用 ConfigureAwait(false) 一般是安全的。
• 更关键的是不要阻塞与不要在并发分支修改 Grain 状态。

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9) 结论

• 在 Orleans 中，优先使用自然的 async/await 串行控制，不要用 TaskFactory.StartNew 来“制造并发”。
• 确需 offload 时用 Task.Run，并把状态读写放在 await 之后的顺序路径中执行。
• 谨慎处理上下文：RequestContext 通常会流动，但不要依赖并发分支对其的回写；过滤器链只覆盖通过 Orleans 调用管道的请求。