Async,Await 深入源码解析

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mob604756f44f2a 2021-05-18 22:16:48

文章标签 Async Await 文章分类 .Net 后端开发

1.同步与异步

假设存在

IO事件A：请求网络资源（完成耗时5s）

IO事件B：查询数据库（完成耗时5s）

情况一：线程1工人在发起A请求后，一直阻塞等待，在A响应返回结果后再接着处理事件B，那总共需要耗时>10s.

情况二：线程1工人在发起A请求后，马上返回发起B请求然后返回，5s后事件A响应返回，接着事件B响应返回，那总共需要耗时<10s.

情况一就是同步的概念，而情况二就是异步的概念。细节会有所不同，但大致上可以这样理解。然而并不是所有情况适用异步，下面将会解释。

2.异步运行的顺序

c#中的异步关键词是async与await，常常结合Task使用，如下面实例，看看它执行的情况

 static async Task Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}:MainStart"); //标记1
            await SayHi();
            Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}:MainEnd"); //标记4        }        static async Task SayHi()
        {
            Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}:SayHiStart"); //标记2
            await Task.Delay(1000);
            Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}:SayHiEnd"); //标记3
        }

结果：

1:MainStart
1:SayHiStart
5:SayHiEnd
5:MainEnd

c#7.1后的版本都支持异步main方法，程序执行的状况

线程1->标记1,

线程1->标记2,

线程5->标记3

线程5->标记4

执行顺序如预期，而需要关注的是线程在执行期间的切换，在线程1执行完标记2后就已经返回，接着由线程5接管了后面代码逻辑的执行，那到底为什么会发生这样的情况？

答案是:编译器会自动地替我们完成了大量了不起的工作，下面接着来看看。

3.生成骨架与状态机

编译器在遇到await关键字会自动构建骨架与生成状态机，按照以上例子来看看编译器做的工作有那些。

[DebuggerStepThrough]private static void

1.编译器会自动生成void mian程序入口方法，它会调用async Task main方法。（所以说c#7.1支持异步main方法，其实只是编译器做了一点小工作）

2.main方法里的输出内容与调用SayHi方法代码消失了，取而代之的是编译器生成了骨架方法，初始化

初始化为-1，builder为AsyncTaskMethodBuilder实例，接着调用builder的Start方法。

3.SayHi方法同2

接着看看AsyncTaskMethodBuilder的Start方法

[DebuggerStepThrough]public static void Start

Start方法调用了状态机的MoveNext方法，是不是很熟悉？接下来看看状态机长什么样子。

[CompilerGenerated]private sealed class

                 return;
                 TR_0004: 
                 awaiter.GetResult(); //重点：获取结果 由线程1执行或延时任务不定线程执行
 Console.WriteLine($"{(int) Thread.get_CurrentThread().ManagedThreadId}:MainEnd"); //标记4 所以输出  5:MainEnd

this.<>1__state = -2; this.<>t__builder.SetResult();//设置结果 
      }
catch (Exception exception) 
     { 
               this.<>1__state = -2; 
               this.<>t__builder.SetException(exception);  //设置异常
     }
  }
      [DebuggerHidden] private void SetStateMachine(IAsyncStateMachine stateMachine) { } }

上面我圈了重点的是关于Task类型能实现async await的关键操作，

1.线程1执行调用Task实例的GetAwaiter方法返回TaskAwaiter实例。

2.判断TaskAwaiter实例的IsCompleted属性是否完成，如果已完成，跳转到TR_0004，否则执行到AwaitUnsafeOnCompleted方法，线程1结束返回。

我们继续来看看AwaitUnsafeOnCompleted方法，没反编译出来，所以我们来看看与它类似的AwaitOnCompleted方法（ AwaitUnsafeOnCompleted实际上会调用UnsafeOnCompleted方法）

public void AwaitOnCompleted(ref TAwaiter awaiter, ref TStateMachine stateMachine) where TAwaiter: INotifyCompletion where TStateMachine: IAsyncStateMachine
{    try
    {
        awaiter.OnCompleted(this.GetStateMachineBox(ref stateMachine).MoveNextAction);
    }    catch (Exception exception1)
    {
        Task.ThrowAsync(exception1, null);
    }
}

看到这里是不是豁然开朗了

1.注册TaskAwaiter实例完成任务的回调方法，等任务完成后将会调用状态机的MoveNext方法，由上篇文章Task的启动方式知道后面的操作将会交由线程池的线程处理。所以标记3跟标记4将会在空闲的线程上执行。

2.<>1__state为0，跳到TR_0004执行，调用TaskAwaiter实例的GetResult()方法，执行await后面的代码，返回结果。

SayHi方法同上。

结论

编译器遇到await后会自动构建骨架与状态机，把await后面的代码挪到任务完成的后面继续执行。主线程第一次调用MoveNext方法时，如果任务已经完成会直接执行后面的操作，否则直接返回，不阻塞主线程的运行。后面的流程

将交由线程池来调度完成。

回到文章开头的问题，什么情况下不适用异步？

可以看出来，使用异步编译器会生成大量额外的操作，而不耗时或者CPU密集型工作使用异步就是添堵。

思考