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

是不是只有Task才能用async与await?

下一篇我将来探讨一下这个问题,感兴趣的小伙伴可以关注留意后续更新

有说得不对的地方欢迎大神指正,欢迎讨论,共同进步