使用 Task.Wait()？立刻死锁（deadlock）

最近读到一篇异步转同步的文章，发现其中没有考虑到异步转同步过程中发生的死锁问题，所以特地在本文说说异步转同步过程中的死锁问题。

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文章作者 林德熙 已经修复了描述：

• win10 uwp 异步转同步

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什么情况下会产生死锁？

调用 Task.Wait() 或者 Task.Result 立刻产生死锁的充分条件：

1. 调用 Wait() 或 Result 的代码位于 UI 线程；
2. Task 的实际执行在其他线程，且需要返回 UI 线程。

死锁的原因：

UWP、WPF、Windows Forms 程序的 UI 线程都是单线程的。为了让使用了 async/await 的代码像使用同步代码一样简单，WPF 程序的 Application 类在构造的时候会将主 UI 线程 Task 的同步上下文设置为 DispatcherSynchronizationContext 的实例，这在我的另一篇文章 Task.Yield 中也有过说明。

当 Task 的任务结束时，会从 AsyncMethodStateMachine 中调用 Awaiter 的 OnComplete() 方法，而 await 后续方法的执行靠的就是 OnComplete() 方法中一层层调用到 DispatcherSynchronizationContext 里的 Post 方法：

/// 

///     Asynchronously invoke the callback in the SynchronizationContext.
/// 
public override void Post(SendOrPostCallback d, Object state)
{
    // Call BeginInvoke with the cached priority.  Note that BeginInvoke
    // preserves the behavior of passing exceptions to
    // Dispatcher.UnhandledException unlike InvokeAsync.  This is
    // desireable because there is no way to await the call to Post, so
    // exceptions are hard to observe.
    _dispatcher.BeginInvoke(_priority, d, state);
}

这里就是问题的关键！！！

如果 _dispatcher.BeginInvoke(_priority, d, state); 这句代码在后台线程，那么此时 UI 线程处于 Wait()/Result 调用中的阻塞状态，BeginInvoke 中的任务是无论如何也无法执行到的！于是无论如何都无法完成这个 Post 任务，即无论如何也无法退出此异步任务的执行，于是 Wait() 便无法完成等待……死锁……

这里给出最简复现的例子代码：

DoAsync().Wait();

async Task DoAsync()
{
    await Task.Run(() => { });
}

无论是 WPF 还是 UWP，只要在 UI 线程上调用上述代码，必然死锁！

什么情况下不会产生死锁？

阅读了本文一开始说的那篇文章 win10 uwp 异步转同步 后，你一定好奇为什么此文的情况不会产生死锁。

那是因为，它不满足本文提到的充分条件——StorageFolder.GetFolderFromPathAsync("") 和 StorageFolder.GetFolderFromPathAsync("") 这两个方法并不会在后台线程执行！

逗我？？？不在后台线程执行怎么做到的异步等待！！！

是的，读写文件，访问网络，这些 IO 阻塞的操作执行时，里面根本就没有线程，详情请阅读：There Is No Thread。

还有另一些操作，也没有后台线程的参与，于是也不存在从后台线程回到主线程导致死锁的情况。如 Task.Yield，还有 InvokeAsync，它们也不会造成死锁。

另外，如果是控制台程序，或者一个普通的非 UI 线程，其 SynchronizationContext 为 null，那么异步任务执行完后不需要回到原有线程，也不会造成死锁。

总结不会造成死锁的充分条件：

1. 异步操作执行完后不需要回到原有线程（例如非 UI 线程和控制台线程）；
2. 异步操作不需要单独的线程执行任务。

如何避免死锁？

明确了会造成死锁的条件和不会造成死锁的条件后，我们只需要做到以下几点即可避免死锁了：

1. 在 UI 线程，如果使用了 async/await，就尽量不要再使用 Task.Wait()/Task.Result 了，就一直异步一条路走到黑好了（微软称其为 Async All the Way）。
2. 如果可能，尽量在异步任务后添加 .ConfigureAwait(false)；这样，异步任务后面继续执行的代码就不会回到原 UI 线程了，而是直接从线程池中再取出一个线程执行；这样，即便 UI 线程后续可能有别的原因造成阻塞，也不会产生死锁了。

把原来的代码改成这样，就不会死锁了：

await DoAsync();

async Task DoAsync()
{
    await Task.Run(() => { });
}

没错！只能是一路 async/await。微软将其描述为：async/await 会像病毒一样在你的代码中传播。

Others have also noticed the spreading behavior of asynchronous programming and have called it “contagious” or compared it to a zombie virus.

这句话的原文参见：Async/Await - Best Practices in Asynchronous Programming

为了防止真的有代码的调用者使用 Wait()，我们也得写出防 SB 的代码来：

async Task DoAsync()
{
    await Task.Run(() => { }).ConfigureAwait(false);
}

这一句的目的是防止执行上下文切换回 UI 线程。

这样，即便真的使用 DoAsync().Wait() 也不会发生死锁。注意，整个方法调用链都需要使用 .ConfigureAwait(false) 才能够防止线程切换时，在调用方的 Wait() 方法中发生死锁。详见我的另一篇博客 在编写异步方法时，使用 ConfigureAwait(false) 避免使用者死锁。）

更多死锁问题

死锁问题：

• 使用 Task.Wait()？立刻死锁（deadlock） - walterlv
• 不要使用 Dispatcher.Invoke，因为它可能在你的延迟初始化 Lazy 中导致死锁 - walterlv
• 在有 UI 线程参与的同步锁（如 AutoResetEvent）内部使用 await 可能导致死锁
• .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 - walterlv

解决方法：

• 在编写异步方法时，使用 ConfigureAwait(false) 避免使用者死锁 - walterlv
• 将 async/await 异步代码转换为安全的不会死锁的同步代码（使用 PushFrame） - walterlv

参考资料

• There Is No Thread
• Async/Await - Best Practices in Asynchronous Programming

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