c#異步操作async?await狀態(tài)機的總結(推薦)
前言
前一段時間得閑的時候優(yōu)化了一下我之前的輪子[DotNetCoreRpc]小框架，其中主要的優(yōu)化點主要是關于RPC異步契約調用的相關邏輯。在此過程中進一步了解了關于async和await異步操作相關的知識點，加深了異步操作的理解，因此總結一下。關于async和await每個人都有自己的理解，甚至關于異步和同步亦或者關于異步和多線程每個人也都有自己的理解。因此，如果本文涉及到個人觀點與您的觀點不一致的時候請勿噴。結論固然重要，但是在這個過程中的引發(fā)的思考也很重要。
async await是語法糖
大家應該都比較清楚async和await這對關鍵字是一組語法糖，關于語法糖大家可以理解為，編碼過程中寫了一個關鍵字，但是編譯的時候會把它編譯成別的東西，主要是用來提升開發(fā)效率。比如我有一段關于async和await相關的代碼，如下所示
var taskOne = await TaskOne();
Console.WriteLine(taskOne);
Console.ReadLine();
static async Task<string> TaskOne()
{
var httpResponse = await ClassFactory.Client.GetAsync("https://www.cnblogs.com");
var content = await httpResponse.Content.ReadAsStringAsync();
return content;
}
public class ClassFactory
{
public static HttpClient Client = new HttpClient();
}這段代碼是基于c#頂級語句聲明的，它是缺省Main方法的，不過在編譯的時候編譯器會幫我們補齊Main方法，因為執(zhí)行的時候JIT需要Main方法作為執(zhí)行入口。關于如何查看編譯后的代碼。我經常使用的是兩個工具，分別是ILSpy和dnSpy。這倆工具的區(qū)別在于ILSpy生成的代碼更清晰，dnSpy生成的源碼是可以直接調試的。需要注意的是如果使用的是ILSpy如果查看語法糖本質的話，需要在ILSpy上選擇比語法糖版本低的版本，比如c# async和await關鍵字是在c# 5.0版本中引入的，所以我們這里我們在ILSpy里需要選擇c#4.0或以下版本，入下圖所示
如果使用的是dnSpy的話，需要在調試-->選項-->反編譯器中設置相關選項，如下所示
這樣就可以看到編譯后生成的代碼了。
生成的狀態(tài)機
圍繞上面的示例我這里使用的Debug模式下編譯生成的dll使用的ILSpy進行反編譯，因為這里我需要讓編譯的源碼看起來更清晰一點，而不是調試。如下所示首先看Main方法
//因為我們上面代碼var taskOne = await TaskOne()
//使用了await語法糖，所以被替換成了狀態(tài)機調用
[AsyncStateMachine(typeof(<<Main>$>d__0))]
[DebuggerStepThrough]
private static Task <Main>$(string[] args)
{
//創(chuàng)建狀態(tài)機實例
<<Main>$>d__0 stateMachine = new <<Main>$>d__0();
stateMachine.<>t__builder = AsyncTaskMethodBuilder.Create();
stateMachine.args = args;
//設置狀態(tài)-1
stateMachine.<>1__state = -1;
//啟動狀態(tài)機
stateMachine.<>t__builder.Start(ref stateMachine);
return stateMachine.<>t__builder.Task;
}
//這是系統(tǒng)默認幫我們生成的static void Main的入口方法
[SpecialName]
[DebuggerStepThrough]
private static void <Main>(string[] args)
{
//同步調用<Main>$方法
<Main>$(args).GetAwaiter().GetResult();
}上面的代碼就是編譯器為我們生成的Main方法，通過這里我們可以得到兩條信息
頂級語句編譯器會幫我們生成固定的入口函數格式，即static void Main這種標準格式- 編譯器遇到
await關鍵字則會編譯出一段狀態(tài)機相關的代碼，把我們的邏輯放到編譯的狀態(tài)機類里
通過上面我們可以看到<<Main>$>d__0 這個類是編譯器幫我們生成的，我們可以看一下生成的代碼
[CompilerGenerated]
private sealed class <<Main>$>d__0 : IAsyncStateMachine
{
public int <>1__state;
public AsyncTaskMethodBuilder <>t__builder;
public string[] args;
private string <taskOne>5__1;
private string <>s__2;
[System.Runtime.CompilerServices.Nullable(new byte[] { 0, 1 })]
private TaskAwaiter<string> <>u__1;
private void MoveNext()
{
int num = <>1__state;
try
{
TaskAwaiter<string> awaiter;
//num的值來自<>1__state，由于在創(chuàng)建狀態(tài)機的時候傳遞的是-1所以一定會走到這個邏輯
if (num != 0)
{
//調用TaskOne方法，也就是上面我們寫的業(yè)務方法
//這個方法返回的是TaskAwaiter<>實例，以為我們TaskOne方法是異步方法
awaiter = <<Main>$>g__TaskOne|0_0().GetAwaiter();
//判斷任務是否執(zhí)行完成
if (!awaiter.IsCompleted)
{
num = (<>1__state = 0);
<>u__1 = awaiter;
<<Main>$>d__0 stateMachine = this;
<>t__builder.AwaitUnsafeOnCompleted(ref awaiter, ref stateMachine);
return;
}
}
else
{
awaiter = <>u__1;
<>u__1 = default(TaskAwaiter<string>);
num = (<>1__state = -1);
}
//調用GetResult()方法獲取異步執(zhí)行結果
<>s__2 = awaiter.GetResult();
<taskOne>5__1 = <>s__2;
<>s__2 = null;
//這里對應我們上面的輸出調用TaskOne方法的結果
Console.WriteLine(<taskOne>5__1);
Console.ReadLine();
}
catch (Exception exception)
{
<>1__state = -2;
<taskOne>5__1 = null;
<>t__builder.SetException(exception);
return;
}
<>1__state = -2;
<taskOne>5__1 = null;
<>t__builder.SetResult();
}
void IAsyncStateMachine.MoveNext()
{
this.MoveNext();
}
[DebuggerHidden]
private void SetStateMachine([System.Runtime.CompilerServices.Nullable(1)] IAsyncStateMachine stateMachine)
{
}
void IAsyncStateMachine.SetStateMachine([System.Runtime.CompilerServices.Nullable(1)] IAsyncStateMachine stateMachine)
{
this.SetStateMachine(stateMachine);
}
}
這里的代碼可以看到編譯器生成的代碼，其實這就是對應上面我們寫的代碼
var taskOne = await TaskOne(); Console.WriteLine(taskOne); Console.ReadLine();
因為我們使用了await關鍵字，所以它幫我們生成了IAsyncStateMachine類，里面的核心邏輯咱們待會在介紹，因為今天的主題TaskOne方法還沒介紹完成呢，TaskOne生成的代碼如下所示
//TaskOne方法編譯時生成的代碼
[CompilerGenerated]
private sealed class <<<Main>$>g__TaskOne|0_0>d : IAsyncStateMachine
{
public int <>1__state;
public AsyncTaskMethodBuilder<string> <>t__builder;
private HttpResponseMessage <httpResponse>5__1;
private string <content>5__2;
private HttpResponseMessage <>s__3;
private string <>s__4;
[System.Runtime.CompilerServices.Nullable(new byte[] { 0, 1 })]
private TaskAwaiter<HttpResponseMessage> <>u__1;
[System.Runtime.CompilerServices.Nullable(new byte[] { 0, 1 })]
private TaskAwaiter<string> <>u__2;
private void MoveNext()
{
int num = <>1__state;
string result;
try
{
//因為我們使用了兩次await所以這里會有兩個TaskAwaiter<>實例
//var httpResponse = await ClassFactory.Client.GetAsync("https://www.cnblogs.com");
//var content = await httpResponse.Content.ReadAsStringAsync();
TaskAwaiter<string> awaiter;
TaskAwaiter<HttpResponseMessage> awaiter2;
if (num != 0)
{
if (num == 1)
{
awaiter = <>u__2;
<>u__2 = default(TaskAwaiter<string>);
num = (<>1__state = -1);
goto IL_0100;
}
//這段邏輯針對的是我們手寫的這段代碼
//await ClassFactory.Client.GetAsync("https://www.cnblogs.com")
awaiter2 = ClassFactory.Client.GetAsync("https://www.cnblogs.com").GetAwaiter();
//判斷任務是否完成
if (!awaiter2.IsCompleted)
{
num = (<>1__state = 0);
<>u__1 = awaiter2;
<<<Main>$>g__TaskOne|0_0>d stateMachine = this;
<>t__builder.AwaitUnsafeOnCompleted(ref awaiter2, ref stateMachine);
return;
}
}
else
{
awaiter2 = <>u__1;
<>u__1 = default(TaskAwaiter<HttpResponseMessage>);
num = (<>1__state = -1);
}
//同步獲取HttpResponseMessage結果實例
<>s__3 = awaiter2.GetResult();
<httpResponse>5__1 = <>s__3;
<>s__3 = null;
//這段代碼對應生成的則是await httpResponse.Content.ReadAsStringAsync()
awaiter = <httpResponse>5__1.Content.ReadAsStringAsync().GetAwaiter();
if (!awaiter.IsCompleted)
{
num = (<>1__state = 1);
<>u__2 = awaiter;
<<<Main>$>g__TaskOne|0_0>d stateMachine = this;
<>t__builder.AwaitUnsafeOnCompleted(ref awaiter, ref stateMachine);
return;
}
goto IL_0100;
IL_0100:
//同步獲取httpResponse.Content.ReadAsStringAsync()放的結果
<>s__4 = awaiter.GetResult();
<content>5__2 = <>s__4;
<>s__4 = null;
result = <content>5__2;
}
catch (Exception exception)
{
<>1__state = -2;
<httpResponse>5__1 = null;
<content>5__2 = null;
<>t__builder.SetException(exception);
return;
}
<>1__state = -2;
<httpResponse>5__1 = null;
<content>5__2 = null;
//調用AsyncTaskMethodBuilder<>方法放置httpResponse.Content.ReadAsStringAsync()結果
<>t__builder.SetResult(result);
}
void IAsyncStateMachine.MoveNext()
{
this.MoveNext();
}
[DebuggerHidden]
private void SetStateMachine([System.Runtime.CompilerServices.Nullable(1)] IAsyncStateMachine stateMachine)
{
}
void IAsyncStateMachine.SetStateMachine([System.Runtime.CompilerServices.Nullable(1)] IAsyncStateMachine stateMachine)
{
this.SetStateMachine(stateMachine);
}
}
到這里為止，這些方法就是編譯器幫我們生成的代碼，也就是這些代碼就在生成好的dll里的。
啟動狀態(tài)機
接下來我們分析一下狀態(tài)機的調用過程，回到上面的stateMachine.<>t__builder.Start(ref stateMachine)這段狀態(tài)機啟動代碼，我們跟進去看一下里面的邏輯
[MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
[DebuggerStepThrough]
public void Start<[Nullable(0)] TStateMachine>(ref TStateMachine stateMachine) where TStateMachine : IAsyncStateMachine
{
//調用了AsyncMethodBuilderCore的Start方法并傳遞狀態(tài)機實例
//即<<Main>$>d__0 stateMachine = new <<Main>$>d__0()實例
AsyncMethodBuilderCore.Start(ref stateMachine);
}
//AsyncMethodBuilderCore的Start方法
[DebuggerStepThrough]
public static void Start<TStateMachine>(ref TStateMachine stateMachine) where TStateMachine : IAsyncStateMachine
{
if (stateMachine == null)
{
ThrowHelper.ThrowArgumentNullException(ExceptionArgument.stateMachine);
}
//獲取當前線程實例
Thread currentThread = Thread.CurrentThread;
//獲取當前執(zhí)行上下文
ExecutionContext executionContext = currentThread._executionContext;
//獲取當前同步上下文
SynchronizationContext synchronizationContext = currentThread._synchronizationContext;
try
{
//調用狀態(tài)機的MoveNext方法
stateMachine.MoveNext();
}
finally
{
//執(zhí)行完MoveNext之后
//還原SynchronizationContext同步上下文到當前實例
if (synchronizationContext != currentThread._synchronizationContext)
{
currentThread._synchronizationContext = synchronizationContext;
}
//還原ExecutionContext執(zhí)行上下文到當前實例
ExecutionContext executionContext2 = currentThread._executionContext;
if (executionContext != executionContext2)
{
//執(zhí)行完成之后把執(zhí)行上下文裝載到當前線程
ExecutionContext.RestoreChangedContextToThread(currentThread, executionContext, executionContext2);
}
}
}
執(zhí)行完異步任務之后，會判斷SynchronizationContext同步上下文環(huán)境和ExecutionContext執(zhí)行上下文環(huán)境，保證異步異步之后的可以操作UI線程上的控件，或者異步的后續(xù)操作和之前的操作處在相同的執(zhí)行上線文中。
題外話：ExecutionContext 是一個用于傳遞狀態(tài)和環(huán)境信息的類，它可以在不同的執(zhí)行上下文之間傳遞狀態(tài)。執(zhí)行上下文表示代碼執(zhí)行的環(huán)境，包括線程、應用程序域、安全上下文和調用上下文等。ExecutionContext 對象包含當前線程上下文的所有信息，如當前線程的安全上下文、邏輯執(zhí)行上下文、同步上下文和物理執(zhí)行上下文等。它提供了方法，可以將當前的執(zhí)行上下文復制到另一個線程中，或者在異步操作之間保存和還原執(zhí)行上下文。在異步編程中，使用 ExecutionContext 可以確保代碼在正確的上下文中運行，并且傳遞必要的狀態(tài)和環(huán)境信息。
SynchronizationContext 是一個用于同步執(zhí)行上下文和處理 UI 線程消息循環(huán)的抽象類。它可以將回調方法派發(fā)到正確的線程中執(zhí)行，避免了跨線程訪問的問題，并提高了應用程序的響應性和可靠性。在異步編程中，可以使用 SynchronizationContext.Current 屬性獲取當前線程的同步上下文，并使用同步上下文的 Post 或 Send 方法將回調方法派發(fā)到正確的線程中執(zhí)行。
由于調用stateMachine.<>t__builder.Start(ref stateMachine)傳遞的是new <<Main>$>d__0()實例，所以這里核心就是在調用生成的狀態(tài)機IAsyncStateMachine實例，即我們上面的<<Main>$>d__0類的MoveNext()方法
void IAsyncStateMachine.MoveNext()
{
this.MoveNext();
}由上面的代碼可知，本質是調用的私有的MoveNext()方法，即會執(zhí)行我們真實邏輯的那個方法。由于編譯器生成的狀態(tài)機代碼的邏輯是大致相同的，所以我們直接來看，我們業(yè)務具體落實的代碼即<<<Main>$>g__TaskOne|0_0>d狀態(tài)機類里的，私有的那個MoveNext方法代碼
AsyncTaskMethodBuilder<string> <>t__builder;
TaskAwaiter<HttpResponseMessage> awaiter2;
if (num != 0)
{
if (num == 1)
{}
//ClassFactory.Client.GetAsyn()方法生成的邏輯
awaiter2 = ClassFactory.Client.GetAsync("https://www.cnblogs.com").GetAwaiter();
if (!awaiter2.IsCompleted)
{
num = (<>1__state = 0);
<>u__1 = awaiter2;
<<<Main>$>g__TaskOne|0_0>d stateMachine = this;
<>t__builder.AwaitUnsafeOnCompleted(ref awaiter2, ref stateMachine);
return;
}
//同步獲取異步結果
<>s__4 = awaiter.GetResult();
}
else
{}
TaskAwaiter<string> awaiter;
//httpResponse.Content.ReadAsStringAsync()方法生成的邏輯
awaiter = <httpResponse>5__1.Content.ReadAsStringAsync().GetAwaiter();
//判斷任務是否完成
if (!awaiter.IsCompleted)
{
num = (<>1__state = 1);
<>u__2 = awaiter;
<<<Main>$>g__TaskOne|0_0>d stateMachine = this;
<>t__builder.AwaitUnsafeOnCompleted(ref awaiter, ref stateMachine);
return;
}
//同步獲取異步結果，并將返回值裝載
result= awaiter.GetResult();
<>t__builder.SetResult(result);
當然這里我們省了里面的很多邏輯，為了讓結構看起來更清晰一點。
通過上面的它生成的結構來看，我們寫代碼的時候一個方法里的每個await都會被生成一個TaskAwaiter邏輯，根據當前異步狀態(tài)IsCompleted判斷任務是否完成，來執(zhí)行下一步操作。如果任務未完成IsCompleted為false則調用AsyncTaskMethodBuilder實例的AwaitUnsafeOnCompleted方法，如果異步已完成則直接獲取異步結果，進行下一步。
執(zhí)行異步任務
通過上面的邏輯我們可以看到，如果異步任務沒有完成則調用了AsyncTaskMethodBuilder實例的AwaitUnsafeOnCompleted方法。接下來我們就看下AwaitUnsafeOnCompleted方法的實現
public void AwaitUnsafeOnCompleted<[Nullable(0)] TAwaiter, [Nullable(0)] TStateMachine>(ref TAwaiter awaiter, ref TStateMachine stateMachine) where TAwaiter : ICriticalNotifyCompletion where TStateMachine : IAsyncStateMachine
{
//調用AwaitUnsafeOnCompleted方法
AwaitUnsafeOnCompleted(ref awaiter, ref stateMachine, ref m_task);
}
internal static void AwaitUnsafeOnCompleted<TAwaiter, TStateMachine>(ref TAwaiter awaiter, ref TStateMachine stateMachine, [NotNull] ref Task<TResult> taskField) where TAwaiter : ICriticalNotifyCompletion where TStateMachine : IAsyncStateMachine
{
//創(chuàng)建IAsyncStateMachineBox實例
IAsyncStateMachineBox stateMachineBox = GetStateMachineBox(ref stateMachine, ref taskField);
//調用AwaitUnsafeOnCompleted()方法
AwaitUnsafeOnCompleted(ref awaiter, stateMachineBox);
}
internal static void AwaitUnsafeOnCompleted<TAwaiter>(ref TAwaiter awaiter, IAsyncStateMachineBox box) where TAwaiter : ICriticalNotifyCompletion
{
//判斷awaiter實例類型
if (default(TAwaiter) != null && awaiter is ITaskAwaiter)
{
//獲取TaskAwaiter實例的m_task屬性即Task類型
TaskAwaiter.UnsafeOnCompletedInternal(Unsafe.As<TAwaiter, TaskAwaiter>(ref awaiter).m_task, box, true);
return;
}
if (default(TAwaiter) != null && awaiter is IConfiguredTaskAwaiter)
{
//與上面邏輯一致m_task屬性即Task類型本質他們都在操作Task
ref ConfiguredTaskAwaitable.ConfiguredTaskAwaiter reference = ref Unsafe.As<TAwaiter, ConfiguredTaskAwaitable.ConfiguredTaskAwaiter>(ref awaiter);
TaskAwaiter.UnsafeOnCompletedInternal(reference.m_task, box, reference.m_continueOnCapturedContext);
return;
}
if (default(TAwaiter) != null && awaiter is IStateMachineBoxAwareAwaiter)
{
try
{
//調用IStateMachineBoxAwareAwaiter實例的AwaitUnsafeOnCompleted方法
((IStateMachineBoxAwareAwaiter)(object)awaiter).AwaitUnsafeOnCompleted(box);
return;
}
catch (Exception exception)
{
System.Threading.Tasks.Task.ThrowAsync(exception, null);
return;
}
}
try
{
//調用ICriticalNotifyCompletion實例的UnsafeOnCompleted方法
awaiter.UnsafeOnCompleted(box.MoveNextAction);
}
catch (Exception exception2)
{
System.Threading.Tasks.Task.ThrowAsync(exception2, null);
}
}
通過這個方法我們可以看到傳遞進來的TAwaiter都是ICriticalNotifyCompletion的實現類，所以他們的行為存在一致性，只是具體的實現動作根據不同的實現類型來判斷。
- 如果是
ITaskAwaiter類的話直接調用TaskAwaiter.UnsafeOnCompletedInternal()方法，傳遞了TaskAwaiter.m_task屬性，這是一個Task類型的屬性 - 如果是
IConfiguredTaskAwaiter類型的話，也是調用了TaskAwaiter.UnsafeOnCompletedInternal()方法，傳遞了ConfiguredTaskAwaiter.m_task屬性，這也是一個Task類型的屬性 - 如果是
IStateMachineBoxAwareAwaiter類型的話，調用IStateMachineBoxAwareAwaiter.AwaitUnsafeOnCompleted()方法，傳遞的是當前的IAsyncStateMachineBox狀態(tài)機盒子實例，具體實現咱們待會看 - 如果上面的條件都不滿足的話，則調用
ICriticalNotifyCompletion.UnsafeOnCompleted()方法,傳遞的是IAsyncStateMachineBox.MoveNextAction方法,IAsyncStateMachineBox實現類包裝了IAsyncStateMachine實現類，這里的stateMachineBox.MoveNextAction本質是在執(zhí)行IAsyncStateMachine的MoveNext的方法，即我們狀態(tài)機里我們自己寫的業(yè)務邏輯。
我們首先來看一下StateMachineBoxAwareAwaiter.AwaitUnsafeOnCompleted()方法，找到一個實現類。因為它的實現類有好幾個，比如ConfiguredValueTaskAwaiter、ValueTaskAwaiter、YieldAwaitable等，這里咱們選擇有類型的ConfiguredValueTaskAwaiter實現類，看一下AwaitUnsafeOnCompleted方法
void IStateMachineBoxAwareAwaiter.AwaitUnsafeOnCompleted(IAsyncStateMachineBox box)
{
object? obj = _value._obj;
Debug.Assert(obj == null || obj is Task || obj is IValueTaskSource);
if (obj is Task t)
{
//如果是Task類型的話會調用TaskAwaiter.UnsafeOnCompletedInternal方法，也是上面咱們多次提到的
TaskAwaiter.UnsafeOnCompletedInternal(t, box, _value._continueOnCapturedContext);
}
else if (obj != null)
{
Unsafe.As<IValueTaskSource>(obj).OnCompleted(ThreadPool.s_invokeAsyncStateMachineBox, box, _value._token,
_value._continueOnCapturedContext ? ValueTaskSourceOnCompletedFlags.UseSchedulingContext : ValueTaskSourceOnCompletedFlags.None);
}
else
{
//兜底的方法也是TaskAwaiter.UnsafeOnCompletedInternal
TaskAwaiter.UnsafeOnCompletedInternal(Task.CompletedTask, box, _value._continueOnCapturedContext);
}
}
可以看到ConfiguredValueTaskAwaiter.AwaitUnsafeOnCompleted()方法最終也是執(zhí)行到了TaskAwaiter.UnsafeOnCompletedInternal()方法，這個咱們上面已經多次提到了。接下里咱們再來看一下ICriticalNotifyCompletion.UnsafeOnCompleted()方法里的實現是啥，咱們找到它的一個常用的實現類，也是咱們上面狀態(tài)機幫咱們生成的TaskAwaiter<>類里的實現
public void UnsafeOnCompleted(Action continuation)
{
TaskAwaiter.OnCompletedInternal(m_task, continuation, true, false);
}
//TaskAwaiter的OnCompletedInternal方法
internal static void OnCompletedInternal(Task task, Action continuation, bool continueOnCapturedContext, bool flowExecutionContext)
{
ArgumentNullException.ThrowIfNull(continuation, "continuation");
if (TplEventSource.Log.IsEnabled() || Task.s_asyncDebuggingEnabled)
{
continuation = OutputWaitEtwEvents(task, continuation);
}
//這里調用了Task的SetContinuationForAwait方法
task.SetContinuationForAwait(continuation, continueOnCapturedContext, flowExecutionContext);
}咱們看到了這里調用的是Task的SetContinuationForAwait方法，上面我們提到的AwaitUnsafeOnCompleted方法里直接調用了TaskAwaiter的UnsafeOnCompletedInternal方法，咱們可以來看一下里面的實現
internal static void UnsafeOnCompletedInternal(Task task, IAsyncStateMachineBox stateMachineBox, bool continueOnCapturedContext)
{
if (TplEventSource.Log.IsEnabled() || Task.s_asyncDebuggingEnabled)
{
//默認情況下我們是沒有去監(jiān)聽EventSource發(fā)布的時間消息
//如果你開啟了EventSource日志的監(jiān)聽則會走到這里
task.SetContinuationForAwait(OutputWaitEtwEvents(task, stateMachineBox.MoveNextAction), continueOnCapturedContext, false);
}
else
{
task.UnsafeSetContinuationForAwait(stateMachineBox, continueOnCapturedContext);
}
}因為默認是沒有開啟EventSource的監(jiān)聽，所以上面的兩個TplEventSource.Log.IsEnabled相關的邏輯執(zhí)行不到，如果代碼里堅挺了相關的EventSource則會執(zhí)行這段邏輯。SetContinuationForAwait方法和UnsafeSetContinuationForAwait方法邏輯是一致的，只是因為如果開啟了EventSource的監(jiān)聽會發(fā)布事件消息，其中包裝了關于異步信息的事件相關。所以我們可以直接來看UnsafeSetContinuationForAwait方法實現
internal void UnsafeSetContinuationForAwait(IAsyncStateMachineBox stateMachineBox, bool continueOnCapturedContext)
{
if (continueOnCapturedContext)
{
//winform wpf等ui線程包含同步上下文SynchronizationContext相關的信息
//如果存在則直接在SynchronizationContext同步上線文中的Post方法把異步結果在ui線程中完成回調執(zhí)行
SynchronizationContext current = SynchronizationContext.Current;
if (current != null && current.GetType() != typeof(SynchronizationContext))
{
SynchronizationContextAwaitTaskContinuation synchronizationContextAwaitTaskContinuation = new SynchronizationContextAwaitTaskContinuation(current, stateMachineBox.MoveNextAction, false);
if (!AddTaskContinuation(synchronizationContextAwaitTaskContinuation, false))
{
synchronizationContextAwaitTaskContinuation.Run(this, false);
}
return;
}
//判斷是否包含內部任務調度器，如果不是默認的TaskScheduler.Default調度策略，也就是ThreadPoolTaskScheduler的方式執(zhí)行MoveNext
//則使用TaskSchedulerAwaitTaskContinuation的Run方法執(zhí)行MoveNext
TaskScheduler internalCurrent = TaskScheduler.InternalCurrent;
if (internalCurrent != null && internalCurrent != TaskScheduler.Default)
{
TaskSchedulerAwaitTaskContinuation taskSchedulerAwaitTaskContinuation = new TaskSchedulerAwaitTaskContinuation(internalCurrent, stateMachineBox.MoveNextAction, false);
if (!AddTaskContinuation(taskSchedulerAwaitTaskContinuation, false))
{
taskSchedulerAwaitTaskContinuation.Run(this, false);
}
return;
}
}
//執(zhí)行兜底邏輯使用線程池執(zhí)行
if (!AddTaskContinuation(stateMachineBox, false))
{
ThreadPool.UnsafeQueueUserWorkItemInternal(stateMachineBox, true);
}
}
上面我們提到過IAsyncStateMachineBox實現類包裝了IAsyncStateMachine實現類，它的stateMachineBox.MoveNextAction本質是在執(zhí)行AsyncStateMachine的MoveNext的方法，即我們狀態(tài)機里的自己的業(yè)務邏輯。根據上面的邏輯我們來大致總結一下相關的執(zhí)行策略
- 如果包含
SynchronizationContext同步上下文，也就是winform wpf等ui線程，則直接在SynchronizationContext同步上線文中的Post方法把異步結果在ui線程中完成回調執(zhí)行，里面的核心方法咱們待會會看到 - 如果
TaskScheduler調度器不是默認的ThreadPoolTaskScheduler調度器，則使用自定義的TaskScheduler來執(zhí)行MoveNext方法，統(tǒng)一里面的核心方法咱們待來看 - 兜底的邏輯則是使用線程池來執(zhí)行，即使用
ThreadPool的UnsafeQueueUserWorkItemInternal方法
好了上面留下了兩個核心的方法，沒有展示相關的實現，首先咱們來看下TaskSchedulerAwaitTaskContinuation的Run方法，這個方法適用于存在同步上下文的場景，來看下它的核心邏輯
internal sealed override void Run(Task task, bool canInlineContinuationTask)
{
//判斷當前線程同步上下文是否和傳遞的同步上下文一致，則直接執(zhí)行，說明當前線程可以直接使用異步結果
if (canInlineContinuationTask && m_syncContext == SynchronizationContext.Current)
{
RunCallback(AwaitTaskContinuation.GetInvokeActionCallback(), m_action, ref Task.t_currentTask);
return;
}
//如果不是同一個同步上下文則執(zhí)行PostAction委托
RunCallback(PostAction, this, ref Task.t_currentTask);
}
private static void PostAction(object state)
{
//通過傳遞的state來捕獲執(zhí)行回調的同步上下文，這里使用的SynchronizationContext的非阻塞的Post方法來執(zhí)行后續(xù)邏輯
SynchronizationContextAwaitTaskContinuation synchronizationContextAwaitTaskContinuation = (SynchronizationContextAwaitTaskContinuation)state;
synchronizationContextAwaitTaskContinuation.m_syncContext.Post(s_postCallback, synchronizationContextAwaitTaskContinuation.m_action);
}
protected void RunCallback(ContextCallback callback, object state, ref Task currentTask)
{
//捕獲執(zhí)行上下文，異步執(zhí)行完成之后在執(zhí)行上下文中執(zhí)行后續(xù)邏輯
ExecutionContext capturedContext = m_capturedContext;
if (capturedContext == null)
{
//核心邏輯就是再行上面的委托即AwaitTaskContinuation.GetInvokeActionCallback方法或PostAction方法
callback(state);
}
else
{
ExecutionContext.RunInternal(capturedContext, callback, state);
}
}
上面的方法省略了一些邏輯，為了讓邏輯看起來更清晰，我們可以看到里面的邏輯，即在同步上下文SynchronizationContext中執(zhí)行異步的回調的結果。如果當前線程就包含同步上下文則直接執(zhí)行，如果不是則使用之前傳遞進來的同步上下文來執(zhí)行。執(zhí)行的時候會嘗試捕獲執(zhí)行上下文。咱們還說到了如果TaskScheduler調度器不是默認的ThreadPoolTaskScheduler調度器，則使用自定義的TaskScheduler來執(zhí)行MoveNext方法，來看下里面的核心實現
internal sealed override void Run(Task ignored, bool canInlineContinuationTask)
{
//如果當前的scheduler策略是TaskScheduler.Default即默認的ThreadPoolTaskScheduler
//則直接使用默認策略調度任務
if (m_scheduler == TaskScheduler.Default)
{
base.Run(ignored, canInlineContinuationTask);
return;
}
//如果不是默認策略則使用，我們定義的TaskScheduler
Task task = CreateTask(delegate(object state)
{
try
{
((Action)state)();
}
catch (Exception exception)
{
Task.ThrowAsync(exception, null);
}
}, m_action, m_scheduler);//這里的m_scheduler指的是自定義的TaskScheduler
bool flag = canInlineContinuationTask && (TaskScheduler.InternalCurrent == m_scheduler || Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread);
//或者是task其他形式的策略執(zhí)行
if (flag)
{
TaskContinuation.InlineIfPossibleOrElseQueue(task, false);
return;
}
try
{
task.ScheduleAndStart(false);
}
catch (TaskSchedulerException)
{
}
}
這個邏輯看起來比較清晰，即根據Task的執(zhí)行策略TaskScheduler判斷如何執(zhí)行任務，比如默認的ThreadPoolTaskScheduler策略，或其他策略，比如單線程策略或者自定義的等等。
上面的執(zhí)行過程可以總結為以下兩點
- 是否是
Task調度,否則執(zhí)行默認的ThreadPool.UnsafeQueueUserWorkItemInternal()執(zhí)行。如果是TaskScheduler則判斷是哪一種策略，比如是默認的ThreadPoolTaskScheduler或是其它策略亦或是自定義策略等。 - 是否包含同步上下文
SynchronizationContext,比如UI線程，大家都知道修改界面控件需要在UI線程上才能執(zhí)行，但是await操作可能存在線程切換如果await的結果需要在UI展示需要同步上下文保證異步的結果在UI線程中執(zhí)行。
線程池和Task關聯
如果任務需要執(zhí)行中，我們總得想辦法把結果給相應的Task實例，這樣我們才能在執(zhí)行完成之后把得到對應的執(zhí)行狀態(tài)或者執(zhí)行結果在相關的Task中體現出來，方便我們判斷Task是否執(zhí)行完成或者獲取相關的執(zhí)行結果，在ThreadPoolWorkQueue中有相關的邏輯具體在DispatchWorkItem方法中
private static void DispatchWorkItem(object workItem, Thread currentThread)
{
//判斷在線程池中自行的任務書否是Task任務
Task task = workItem as Task;
if (task != null)
{
task.ExecuteFromThreadPool(currentThread);
}
else
{
Unsafe.As<IThreadPoolWorkItem>(workItem).Execute();
}
}ThreadPool里的線程執(zhí)行了Task的ExecuteWithThreadLocal的方法，核心執(zhí)行方法在Task的ExecuteWithThreadLocal,這樣的話執(zhí)行相關的結果就可以體現在Task實例中，比如Task的IsCompleted屬性判斷是否執(zhí)行完成，或者Task<TResult>的GetResultf方法獲取結果等等。
Task的FromResult
這里需要注意的是Task.FromResult<TResult>(TResult)這個方法，相信大家經常用到，如果你的執(zhí)行結果需要包裝成Task<TResult>總會用到這個方法。它的意思是創(chuàng)建一個Task<TResult>，并以指定結果成功完成。,也就是Task<TResult>的IsCompleted屬性為true，這個結論可以在dotnet api中Task.FromResult(TResult)文檔中看到，因為我們只需要把我們已有的結果包裝成Task所以不涉及到復雜的執(zhí)行，這也意味著在生成狀態(tài)機的時候MoveNext方法里的邏輯判斷IsCompleted時候代表任務是直接完成的，會直接通過GetResult()獲取到結果，不需要AwaitUnsafeOnCompleted去根據執(zhí)行策略執(zhí)行
private void MoveNext()
{
int num = <>1__state;
try
{
TaskAwaiter<string> awaiter;
if (num != 0)
{
awaiter = Task.FromResult("Hello World").GetAwaiter();
//這里的IsCompleted會為true不會執(zhí)行相關的執(zhí)行策略
if (!awaiter.IsCompleted)
{
<>t__builder.AwaitUnsafeOnCompleted(ref awaiter, ref stateMachine);
return;
}
}
else
{
}
<>s__2 = awaiter.GetResult();
}
catch (Exception exception)
{
}
<>t__builder.SetResult();
}總結
本文主要是展示了近期對async和await生成的狀態(tài)機的研究，大概了解了相關的執(zhí)行過程。由于異步編程涉及到的東西比較多，而且相當復雜，足夠寫一本書。所以本文設計到的不過是一些皮毛，也由于本人能力有限理解的不一定對，還望諒解。通過本文大家知道async和await是語法糖，會生成狀態(tài)機相關代碼，讓我們來總結一下
- 首先
async和await是語法糖，會生成狀態(tài)機類并填充我們編寫的業(yè)務代碼相關 - 如果是未完成任務也就是
IsCompleted為false則會執(zhí)行相關的邏輯去執(zhí)行任務- 是否是
Task調度,否則執(zhí)行默認的ThreadPool.UnsafeQueueUserWorkItemInternal()執(zhí)行。如果是TaskScheduler則判斷是哪一種策略，比如是默認的ThreadPoolTaskScheduler或是其它策略亦或是自定義策略等。 - 是否包含同步上下文
SynchronizationContext,比如UI線程，大家都知道修改界面控件需要在UI線程上才能執(zhí)行，但是await操作可能存在線程切換如果await的結果需要在UI展示需要同步上下文保證異步的結果在UI線程中執(zhí)行。
- 是否是
- 需要注意的是
Task.FromResult<TResult>(TResult)這個方法，它的意思是創(chuàng)建一個Task<TResult>，并以指定結果成功完成。,也就是Task<TResult>的IsCompleted屬性為true。
結論只涉及到了async和await語法糖生成的狀態(tài)機相關，不涉及到關于異步或者同步相關的知識點，因為說到這些話題就變得很大了，還望諒解。
最近看到許多關于裁員跳槽甚至是換行的，每個人都有自己的生活，都有自己的處境，所以有些行為我們要換位思考，理解他們選擇生活的方式，每個人能得到自己想要的，能開心就好，畢竟精力有限，為了最想要的總要舍棄一些。
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