Лаба 21 — Async / Await

Мета

Навчитися писати асинхронний код: async/await з EF Core, скасування через CancellationToken, паралельне виконання задач (Task.WhenAll, Task.WhenAny, Parallel.ForEachAsync), обробку помилок паралельних задач, звітування про прогрес (IProgress<T>) і асинхронні HTTP-запити.

Контекст

У Лабах 17–20 код був синхронним навмисно — щоб було видно, що відбувається:

var patients = context.Patients.ToList();   // потік ЗАБЛОКОВАНИЙ ~50 мс
var doctors  = context.Doctors.ToList();    // потік ЗАБЛОКОВАНИЙ ~50 мс

Тепер уявіть 100 одночасних запитів у вебзастосунку: кожен блокує потік, пул потоків вичерпується, нові запити стають у чергу — застосунок «провисає». Рішення — async/await: не блокувати потік, а звільняти його на час очікування введення-виведення.

var patients = await context.Patients.ToListAsync();   // потік ВІЛЬНИЙ під час очікування

Структура проєкту на початку лаби

Це результат Лаби 20 — стан main після її злиття:

oop-course/                                    ← гілка main (після злиття Лаби 20)
├── .gitignore
├── oop-course.slnx
└── ClinicApp/
    ├── ClinicApp.csproj
    ├── Program.cs
    ├── Clinic.cs
    ├── Enums/  (4 файли)
    ├── Models/  (19 файлів)
    ├── Managers/  (13 файлів)
    ├── Utils/  (12 файлів)
    ├── Interfaces/  (4 файли)
    ├── Comparators/  (4 файли)
    ├── Attributes/  (3 файли)
    ├── Events/  (4 файли)
    ├── Extensions/  (3 файли)
    ├── UI/  (1 файл)
    ├── Data/
    │   ├── ClinicDbContext.cs
    │   ├── DbSeeder.cs
    │   ├── ClinicRepository.cs
    │   └── ClinicQueryService.cs
    └── Migrations/  (9 файлів — генерує EF)

Структуру наприкінці лаби (з позначками, що створюється і змінюється в кожній задачі) наведено в розділі «Структура проєкту наприкінці лаби» перед перевіркою.

Ключові поняття

async / await. async — «метод може містити await»; await — «призупини метод, звільни потік, продовж, коли задача завершиться». Типи результату: void → async Task, T → async Task<T>. async void допустимий лише для обробників подій: його виняток неможливо перехопити ззовні, і на нього неможливо чекати.
CancellationToken — сигнал ззовні «скасуй операцію». При скасуванні кидається OperationCanceledException — його ловлять окремо від інших винятків.
Task.WhenAll — запустити кілька задач одночасно і дочекатися всіх: час ≈ найдовша, а не сума. Task.WhenAny — дочекатися першої (гонка, таймаут).
Parallel.ForEachAsync — паралельна обробка колекції з обмеженням кількості одночасних задач.
DbContext не потокобезпечний. Два одночасні запити через один контекст кидають InvalidOperationException. Паралельні запити до БД — кожен через свій контекст; паралельна обробка в пам'яті — лише над уже завантаженими об'єктами.
AggregateException. await Task.WhenAll(...) при кількох помилках кидає лише першу; усі доступні через Exception.InnerExceptions самої задачі.
IProgress<T> — спосіб повідомляти про прогрес, не знаючи, хто і як його показує.

Що нового дозволено (і тільки воно)

async / await, Task, Task<T>, async-методи EF Core (ToListAsync, CountAsync, SaveChangesAsync …);
CancellationToken, CancellationTokenSource;
Task.WhenAll, Task.WhenAny, Task.Delay, Parallel.ForEachAsync, Interlocked;
ContinueWith;
IProgress<T> / Progress<T>;
HttpClient, System.Net.Http.Json, [JsonPropertyName].

Крок 1. Гілка

Робочий процес (повністю — Git Воркшоп): лаба = гілка Lab-XX від main, коміт на кожне завдання (LabXX TaskYY), у кінці — злиття в main.

Проєкт ClinicApp/ уже існує. Тут лише нова гілка від main:

git checkout main
git checkout -b Lab-21

Коміт — на кожне завдання (Lab21 TaskNN).

Ваш домен

За замовчуванням виконуйте завдання як написано (домен «клініка»). Для власного домену дивіться таблицю «Адаптація до вашого домену» в кінці кожного завдання.

Як користуватися підказками

Підказки — напрям думки, не готовий код. «Що реалізувати» і «Специфікація» кажуть що; підказки — як міркувати; блок 📖 Документація — де прочитати синтаксис. Спершу документація і власна спроба.

Задача 1. Асинхронний сідер ⭐

Умова

Побачте, як async/await поширюється від точки входу вниз по стеку викликів: переведіть сідер на асинхронні методи EF.

Що реалізувати:

У DbSeeder додати SeedAsync(ClinicDbContext context, CancellationToken ct = default).
Кожен приватний крок перевести на асинхронний (SeedPatients → SeedPatientsAsync тощо): Any() → AnyAsync(ct), SaveChanges() → SaveChangesAsync(ct).
У Program.cs викликати await DbSeeder.SeedAsync(...).

Специфікація

Було	Стало
`static void Seed(ClinicDbContext context)`	`static async Task SeedAsync(ClinicDbContext context, CancellationToken ct = default)`
`context.Patients.Any()`	`await context.Patients.AnyAsync(ct)`
`context.SaveChanges()`	`await context.SaveChangesAsync(ct)`

Приклад

await DbSeeder.SeedAsync(context);   // у Program.cs, прямо на верхньому рівні

Підказки

Program.cs з top-level statements: щойно в ньому з'являється await, компілятор сам створює async Task Main.
CancellationToken ct = default — «токен, який ніколи не скасовується»: викликати можна і без нього.

📖 Документація:

Адаптація до вашого домену

Клініка	Готель	Ресторан	Університет	Прокат авто	Бібліотека	Спортзал
`SeedPatientsAsync`, `SeedDoctorsAsync` …	`SeedGuestsAsync` …	`SeedCustomersAsync` …	`SeedStudentsAsync` …	`SeedClientsAsync` …	`SeedReadersAsync` …	`SeedMembersAsync` …

Коміт

git add ClinicApp/Data/DbSeeder.cs ClinicApp/Program.cs
git commit -m "Lab21 Task01"

Задача 2. `AsyncClinicService`: асинхронні операції EF ⭐⭐

Умова

Створіть сервіс з асинхронними версіями типових операцій і додайте асинхронні варіанти в репозиторій.

Що реалізувати:

Клас AsyncClinicService у ClinicApp/Data/ з конструктором (ClinicDbContext context) і чотирма методами зі специфікації — кожен await-ить асинхронний метод EF.
У ClinicRepository додати GetPatientWithAppointmentsAsync і GetUpcomingAppointmentsAsync.
У методах репозиторію використати ConfigureAwait(false) і пояснити в коментарі, навіщо.

Специфікація

Клас	Метод	Повертає
`AsyncClinicService`	`GetAllPatientsAsync(CancellationToken ct = default)`	`Task<List<Patient>>`
`AsyncClinicService`	`GetPatientByIdAsync(int id, CancellationToken ct = default)`	`Task<Patient?>`
`AsyncClinicService`	`GetUpcomingAppointmentsAsync(CancellationToken ct = default)`	`Task<List<Appointment>>`
`AsyncClinicService`	`SaveAppointmentAsync(Appointment a, CancellationToken ct = default)`	`Task<int>` — кількість збережених рядків
`ClinicRepository`	`GetPatientWithAppointmentsAsync(int id, CancellationToken ct = default)`	`Task<Patient?>`
`ClinicRepository`	`GetUpcomingAppointmentsAsync(CancellationToken ct = default)`	`Task<List<Appointment>>`

Приклад

var service = new AsyncClinicService(context);
Patient? p = await service.GetPatientByIdAsync(1);

Підказки

Токен передавайте далі в кожен асинхронний метод EF — інакше скасування до БД не дійде.
async-метод без жодного await компілюється з попередженням і виконується синхронно.
.Result замість await блокує потік і в застосунках із SynchronizationContext може призвести до взаємоблокування.

📖 Документація:

ConfigureAwait FAQ

Адаптація до вашого домену

Клініка	Готель	Ресторан	Університет	Прокат авто	Бібліотека	Спортзал
`AsyncClinicService`	`AsyncHotelService`	`AsyncRestaurantService`	`AsyncUniversityService`	`AsyncRentalService`	`AsyncLibraryService`	`AsyncGymService`

Коміт

git add ClinicApp/Data/AsyncClinicService.cs ClinicApp/Data/ClinicRepository.cs
git commit -m "Lab21 Task02"

Задача 3. Паралельні задачі і скасування ⭐⭐⭐

Умова

Додайте в AsyncClinicService чотири методи, кожен демонструє окремий інструмент: паралельні запити, таймаут, паралельну обробку колекції і скасування. Покажіть їх роботу в Program.cs.

Що реалізувати:

record ClinicDashboard у ClinicApp/Models/ (поля нижче).
GetDashboardAsync() — п'ять значень дашборда одночасно через Task.WhenAll; кожен запит — через окремий ClinicDbContext.
GetDashboardWithTimeoutAsync(int timeoutMs) — гонка дашборда з Task.Delay(timeoutMs) через Task.WhenAny; при таймауті — null.
MarkAppointmentsAsPaidAsync(IEnumerable<int> ids, CancellationToken ct) — завантажити записи одним запитом, позначити оплаченими паралельно в пам'яті (Parallel.ForEachAsync, лічильник через Interlocked.Increment), зберегти одним SaveChangesAsync після циклу.
SearchPatientsAsync(string query, CancellationToken ct) — пошук за прізвищем із штучною затримкою Task.Delay(200, ct).
У Program.cs показати: дашборд, таймаут, оплату списку записів і скасування пошуку токеном зі строком 100 мс з перехопленням OperationCanceledException.

Специфікація

`ClinicDashboard`	Як рахується
`PatientCount`	`CountAsync` пацієнтів
`DoctorCount`	`CountAsync` лікарів
`TotalRevenue`	сума `GetCost()` оплачених записів — у пам'яті, після завантаження
`UpcomingCount`	записи в майбутньому зі статусом `Scheduled`
`TodayCount`	записи на сьогодні

Приклад

Дашборд: пацієнтів 5, лікарів 5, виручка 1230.00 грн, майбутніх 2, сьогодні 1
Дашборд з таймаутом 1 мс: таймаут
Оплачено записів: 3
Пошук скасовано (таймаут токена).

Підказки

Один контекст — одна операція за раз. Запустивши п'ять запитів через спільний контекст, отримаєте InvalidOperationException («A second operation was started on this context»). Для GetDashboardAsync створюйте окремий контекст у кожній з п'яти задач (у using).
GetCost() не перекладається в SQL (Лаба 18): TotalRevenue — це окрема асинхронна функція, що завантажує оплачені записи і рахує суму в пам'яті.
Після Task.WhenAll результати задач читайте через await або .Result — задачі вже завершені.
Програвша в WhenAny задача не зупиняється сама — вона продовжує працювати у фоні.
У Parallel.ForEachAsync не звертайтесь до DbContext — лише до вже завантажених об'єктів. count++ з кількох потоків губить збільшення — тому Interlocked.Increment.

📖 Документація:

Адаптація до вашого домену

Клініка	Готель	Ресторан	Університет	Прокат авто	Бібліотека	Спортзал
`ClinicDashboard`	`HotelDashboard`	`RestaurantDashboard`	`UniversityDashboard`	`RentalDashboard`	`LibraryDashboard`	`GymDashboard`

Коміт

git add ClinicApp/Models/ClinicDashboard.cs ClinicApp/Data/AsyncClinicService.cs ClinicApp/Program.cs
git commit -m "Lab21 Task03"

Задача 4. Помилки паралельних задач ⭐⭐⭐

Умова

Зберіть звіт про пацієнта з чотирьох паралельних задач і обробіть їхні помилки двома способами — побачте різницю між «першою помилкою» і «всіма помилками».

Що реалізувати:

У AsyncClinicService.cs оголосити record PatientReport (поля нижче).
Метод BuildPatientReportAsync(int patientId) — чотири задачі паралельно, кожна через власний контекст.
Обробити помилки двома способами: продовження ContinueWith з OnlyOnFaulted, що виводить усі InnerExceptions, і try/catch навколо await, що отримує лише першу помилку.
Після завершення вивести стан кожної задачі (IsCompletedSuccessfully, IsFaulted, IsCanceled).
У Program.cs викликати звіт для існуючого і для неіснуючого patientId.

Специфікація

`PatientReport`	Задача
`Patient`	пацієнт за `Id` (немає — виняток)
`RecentAppointments`	останні 5 записів пацієнта
`MedicalRecords`	медичні записи пацієнта
`Dashboard`	`GetDashboardAsync()`

Приклад

Звіт для пацієнта #99:
  [усі помилки] Пацієнта #99 не знайдено.
  [перша помилка] Пацієнта #99 не знайдено.
  Задача пацієнта: Faulted; записів: RanToCompletion; медкартки: RanToCompletion; дашборда: RanToCompletion

Підказки

await Task.WhenAll(...) розгортає AggregateException і кидає лише першу з помилок — так зручніше в типовому коді.
Щоб побачити всі помилки, потрібна сама задача Task.WhenAll(...) (не await), а її Exception.InnerExceptions — у продовженні.
Скасована задача має стан IsCanceled, а не IsFaulted.

📖 Документація:

Адаптація до вашого домену

Клініка	Готель	Ресторан	Університет	Прокат авто	Бібліотека	Спортзал
`PatientReport`	`GuestReport`	`CustomerReport`	`StudentReport`	`ClientReport`	`ReaderReport`	`MemberReport`

Коміт

git add ClinicApp/Data/AsyncClinicService.cs ClinicApp/Program.cs
git commit -m "Lab21 Task04"

Задача 5. Прогрес через `IProgress` ⭐⭐

Умова

Масова зміна статусу записів триває довго. Нехай метод повідомляє про прогрес, не знаючи, де і як його покажуть, і підтримує скасування.

Що реалізувати:

У AsyncClinicService метод BulkProcessAppointmentsAsync (сигнатура нижче): для кожного запису змінює статус, звітує про прогрес, перевіряє скасування, імітує обробку затримкою 80 мс; повертає кількість оброблених.
У Program.cs викликати його з Progress<T>, що виводить [i/N] повідомлення.
(За бажанням) показати той самий прогрес через AnsiConsole.Progress() зі Spectre.Console (Лаба 16).

Специфікація

Task<int> BulkProcessAppointmentsAsync(
    AppointmentStatus newStatus,
    IProgress<(int Current, int Total, string Message)>? progress = null,
    CancellationToken ct = default)

На кожній ітерації
`ct.ThrowIfCancellationRequested()`	явна перевірка скасування
`await Task.Delay(80, ct)`	імітація обробки
`progress?.Report((i + 1, total, опис запису))`	звіт про прогрес; без `progress` — нічого

Приклад

[1/4] Запис #1 → Completed
[2/4] Запис #2 → Completed
[3/4] Запис #3 → Completed
[4/4] Запис #4 → Completed
Оброблено: 4

Підказки

progress?.Report(...) — безпечний виклик: метод працює і без того, хто стежить за прогресом.
Progress<T> викликає обробник через SynchronizationContext. У консолі його немає — обробник виконується в пулі потоків, тож рядки можуть з'явитися з невеликою затримкою.
Зміни статусу збережіть одним SaveChangesAsync після циклу.

📖 Документація:

IProgress<T>

Адаптація до вашого домену

Клініка	Готель	Ресторан	Університет	Прокат авто	Бібліотека	Спортзал
`BulkProcessAppointmentsAsync`	`BulkProcessBookingsAsync`	`BulkProcessReservationsAsync`	`BulkProcessEnrollmentsAsync`	`BulkProcessRentalsAsync`	`BulkProcessLoansAsync`	`BulkProcessSessionsAsync`

Коміт

git add ClinicApp/Data/AsyncClinicService.cs ClinicApp/Program.cs
git commit -m "Lab21 Task05"

Задача 6. `ClinicHttpClient`: асинхронні HTTP-запити і JSON ⭐⭐⭐

Умова

Отримайте довідку про препарат із публічного FDA Open API (реєстрація не потрібна) — асинхронно, з десеріалізацією JSON і коректною обробкою мережевих помилок і таймаутів.

Що реалізувати:

Клас ClinicHttpClient у ClinicApp/Data/ з одним статичним HttpClient (таймаут 10 с).
У тому самому файлі — публічний record DrugInfo і приватні record-и для відповіді API з [JsonPropertyName].
Три методи зі специфікації.
Обробка помилок: мережеву помилку і таймаут HttpClient — перехопити (повернути null); скасування через переданий токен — не перехоплювати.
У Program.cs запитати довідку про Aspirin, Ibuprofen, Omeprazole.

Специфікація

Запит: GET https://api.fda.gov/drug/label.json?search=openfda.brand_name:{назва}&limit=1

Метод	Повертає
`GetDrugInfoAsync(string drugName, CancellationToken ct = default)`	`Task<DrugInfo?>` — `null`, якщо не знайдено або помилка мережі/таймаут
`IsApiAvailableAsync(CancellationToken ct = default)`	`Task<bool>`
`GetDrugInfoWithRaceAsync(string drugName, int timeoutMs)`	`Task<DrugInfo?>` — гонка запиту з `Task.Delay(timeoutMs)`; програв запит — `null`

`DrugInfo`	З поля відповіді
`Name`	`openfda.brand_name[0]`
`Purpose`	`purpose[0]`
`Warnings`	`warnings[0]`
`Dosage`	`dosage_and_administration[0]`

Виняток	Що робити
`HttpRequestException`	мережева помилка — повернути `null`
`TaskCanceledException`, коли `ct` не скасовано	таймаут `HttpClient` — повернути `null`
`OperationCanceledException` від `ct`	не перехоплювати

Приклад

Aspirin: Pain reliever/fever reducer
  Warnings: Reye's syndrome: Children and teenagers who have or are recovering…

Підказки

Один HttpClient на застосунок. Створення й знищення HttpClient на кожен запит вичерпує сокети ОС — тому поле static readonly, хоч HttpClient і реалізує IDisposable.
GetFromJsonAsync<T> = GET + десеріалізація JSON одним викликом (using System.Net.Http.Json;).
Назву препарату в URL екрануйте Uri.EscapeDataString.
Розрізнити таймаут HttpClient і скасування токеном допомагає фільтр винятку when (!ct.IsCancellationRequested).

📖 Документація:

Адаптація до вашого домену

Клініка	Готель	Ресторан	Університет	Прокат авто	Бібліотека	Спортзал
FDA: препарати	API курсу валют	API рецептів	API розкладу	API довідника авто	Open Library API	API вправ

Коміт

git add ClinicApp/Data/ClinicHttpClient.cs ClinicApp/Program.cs
git commit -m "Lab21 Task06"

Структура проєкту наприкінці лаби

Так має виглядати ClinicApp/, коли всі завдання виконано:

oop-course/                                    ← гілка Lab-21 (після злиття — main)
├── .gitignore
├── oop-course.slnx
└── ClinicApp/
    ├── ClinicApp.csproj
    ├── Program.cs                             ✏ Т1 Т3 Т4 Т5 Т6
    ├── Clinic.cs
    ├── Enums/  (4 файли)
    ├── Models/
    │   ├── ClinicDashboard.cs                 🆕 Т3
    │   └── … ще 19 файлів без змін
    ├── Managers/  (13 файлів)
    ├── Utils/  (12 файлів)
    ├── Interfaces/  (4 файли)
    ├── Comparators/  (4 файли)
    ├── Attributes/  (3 файли)
    ├── Events/  (4 файли)
    ├── Extensions/  (3 файли)
    ├── UI/  (1 файл)
    ├── Data/
    │   ├── ClinicDbContext.cs
    │   ├── DbSeeder.cs                        ✏ Т1
    │   ├── ClinicRepository.cs                ✏ Т2
    │   ├── ClinicQueryService.cs
    │   ├── AsyncClinicService.cs              🆕 Т2  ✏ Т3 Т4 Т5
    │   └── ClinicHttpClient.cs                🆕 Т6
    └── Migrations/  (9 файлів — генерує EF)

Легенда: 🆕 — новий файл · ✏ — змінено вміст · Тn — номер задачі, у якій ви працюєте з файлом. Файли без позначки лишились такими, як були після Лаби 20.

Назви файлів наведено для домену «клініка»; у власному домені назви ваші — важливо, що саме створюється й змінюється.

Перевірка перед здачею

dotnet build ClinicApp
dotnet run --project ClinicApp

Переконайтесь, що:

Структура проєкту збігається зі схемою вище
Сідер працює асинхронно; у Program.cs — await DbSeeder.SeedAsync(...)
GetDashboardAsync повертає всі п'ять значень без InvalidOperationException про паралельні операції
Дашборд із таймаутом 1 мс повертає null
Пошук із токеном на 100 мс завершується OperationCanceledException, програма не падає
Звіт для неіснуючого пацієнта виводить помилку обома способами і стани задач
Прогрес виводиться рядками [i/N] …
Довідка FDA для трьох препаратів (без мережі — null без падіння)
У коді немає async void (окрім обробників подій) і .Result на незавершених задачах

Питання для самоперевірки

Deadlock через .Result. Чому GetPatientsAsync().Result у WinForms або старому ASP.NET може «зависнути»? Яку роль тут грають SynchronizationContext і ConfigureAwait(false)? Чому в ASP.NET Core цього немає?
«Async всю дорогу». Чому не можна зробити один метод асинхронним, а його виклик лишити синхронним через .Result?
DbContext і потоки. Чому паралельні запити через один контекст небезпечні? Як це вирішують у реальних застосунках (IDbContextFactory<T>)?
Task.WhenAll чи Parallel.ForEachAsync. Що буде з Task.WhenAll(items.Select(ProcessAsync)) для 10 000 елементів? Навіщо MaxDegreeOfParallelism?
IProgress<T> чи подія. У чому перевага IProgress<T> перед подією для прогресу?
Вичерпання сокетів. Що відбувається на рівні ОС, якщо 1000 разів за секунду створювати і знищувати HttpClient? Як це вирішує IHttpClientFactory?

Статус гілки

Після всіх 6 завдань (кожне — окремий коміт Lab21 TaskNN на гілці Lab-21):

git push -u origin Lab-21
git checkout main
git merge --no-ff Lab-21 -m "Merge Lab-21: Async/Await"
git push

Наступна лаба: git checkout main → git checkout -b Lab-22.