C# Web API POST接口单请求串行执行异常问题排查

问题背景 #

我正在创建POC来学习如何实现支持请求排队的接口，目标是让每个请求串行执行。我编写了如下ValuesController代码：

public class ValuesController : ApiController
{
private static int _queuePosition = 0;
private SemaphoreSlim semaphore = new SemaphoreSlim(1, 1);


public async void Post()
{
  var sendDate = DateTime.Now;
  _queuePosition++;
  await semaphore.WaitAsync();
  try
  {
    //ProcessStart
    var startProcess = DateTime.Now;
    System.Threading.Thread.Sleep(10000); //10秒
    Email.SendMail($"Queue entry date: {sendDate} | Process Start Date: {startProcess } | Submission date: {DateTime.Now} | Queued requests: {_queuePosition}");
    semaphore.Release();
  }
  finally
  {
    _queuePosition--;
  }
}

当间隔2秒发送两个请求时，收到如下日志邮件（日期格式：MM/dd/yyyy HH:mm:ss）：

• Queue entry date: 02/01/2023 16:19:55 | Process Start Date: 02/01/2023 16:19:55 | Submission date: 02/01/2023 16:20:05 | Queued requests: 2
• Queue entry date: 02/01/2023 16:19:57 | Process Start Date: 02/01/2023 16:19:57 | Submission date: 01/02/2023 16:20:07 | Queued requests: 2

按预期第二个请求的处理应在第一个请求结束后启动，但实际并非如此，请问原因是什么？

核心问题原因 #

1. 信号量未实现全局共享 #

SemaphoreSlim是控制器的实例字段，而ASP.NET（非Core）环境中每个请求会创建一个新的ValuesController实例。这意味着两个请求各自持有独立的信号量，完全无法起到互斥串行的作用，自然可以同时执行。

2. async void引发异步生命周期管理问题 #

Post方法使用async void返回类型，这在ASP.NET中会导致框架无法跟踪异步操作的完成状态，可能引发上下文混乱，进一步加剧并发执行的问题。正确的异步API方法应该返回async Task。

3. 队列位置计数存在线程安全问题 #

_queuePosition++和_queuePosition--不是原子操作，在并发场景下会出现竞态条件，导致日志中显示的Queued requests数值不准确。

修正后的代码示例 #

public class ValuesController : ApiController
{
    private static int _queuePosition = 0;
    // 改为静态成员，确保所有请求共享同一个信号量
    private static readonly SemaphoreSlim _semaphore = new SemaphoreSlim(1, 1);

    // 使用async Task替代async void，让框架正确跟踪异步生命周期
    public async Task Post()
    {
        var sendDate = DateTime.Now;
        // 用Interlocked保证计数操作的原子性
        Interlocked.Increment(ref _queuePosition);
        await _semaphore.WaitAsync();
        try
        {
            var startProcess = DateTime.Now;
            // 用Task.Delay替代Thread.Sleep，避免阻塞线程池线程
            await Task.Delay(10000);
            Email.SendMail($"Queue entry date: {sendDate} | Process Start Date: {startProcess} | Submission date: {DateTime.Now} | Queued requests: {_queuePosition}");
        }
        finally
        {
            _semaphore.Release();
            // 原子操作减少队列位置
            Interlocked.Decrement(ref _queuePosition);
        }
    }
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Gabriel de Almeida Alves Pinto