前言：

用async關(guān)鍵字和await表達(dá)式表達(dá)的異步操作在C#5便發(fā)布了，其使用簡(jiǎn)單，讓開(kāi)發(fā)者能夠用同步的方式來(lái)書(shū)寫(xiě)異步代碼，真的很棒。當(dāng)然，編譯器在后面也做了不少工作--一個(gè)異步方法本質(zhì)上是被編譯器轉(zhuǎn)換為一個(gè)樁方法和一個(gè)狀態(tài)機(jī)。隨著C#版本的不斷更新，可能編譯器轉(zhuǎn)換后的代碼有所變化，但本質(zhì)的東西應(yīng)該不會(huì)變太多。這篇筆記來(lái)源于C# in depth（第四版），記錄一些關(guān)鍵的地方，便于自己記憶，希望對(duì)你也有所幫助。

文章結(jié)論主要以下五點(diǎn)：

• （1）使用builder作為異步基礎(chǔ)架構(gòu)，async方法會(huì)被轉(zhuǎn)換成樁方法和狀態(tài)機(jī)。
• （2）狀態(tài)機(jī)會(huì)追蹤builder、方法參數(shù)、局部變量、awaiter以及續(xù)延中需要恢復(fù)執(zhí)行的位置。
• （3）編譯器會(huì)創(chuàng)建一些代碼，旨在在方法恢復(fù)時(shí)回到方法內(nèi)部。
• （4）INotifyCompletion和ICriticalNotifyCompletion接口可用于控制執(zhí)行上下文的貫穿。
• （5）builder方法由編譯器負(fù)責(zé)調(diào)用。

下面我們就上面的5點(diǎn)展開(kāi)說(shuō)明。

一、關(guān)于第一點(diǎn)的說(shuō)明

我們編寫(xiě)的async方法會(huì)被編譯器編譯為一個(gè)樁方法和一個(gè)狀態(tài)機(jī)。

樁方法的簽名和async方法的簽名一致。在樁方法的內(nèi)部，會(huì)首先new一個(gè)狀態(tài)機(jī)，然后初始化這個(gè)狀態(tài)機(jī)，初始化的過(guò)程主要包含

①狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)字段（用于記錄await表達(dá)式完成后的恢復(fù)執(zhí)行處）、

②builder（AsyncTaskMethodBuilder）的初始化、

③捕獲async方法參數(shù)后提升為字段的值。狀態(tài)機(jī)初始化好之后，就要調(diào)用狀態(tài)機(jī)的builder字段（一般情況下是AsyncTaskMethodBuilder）的Start方法，之后返回builder字段的Task屬性。在這個(gè)過(guò)程中要注意狀態(tài)機(jī)和builder都是一個(gè)值類(lèi)型，所以在builder上執(zhí)行的Start參數(shù)有ref修飾符，表示按引用傳遞，原因是在await方法回調(diào)后值類(lèi)型的狀態(tài)能夠保存。

至于async方法中的執(zhí)行邏輯，則全部被轉(zhuǎn)移到了狀態(tài)機(jī)的MoveNext方法中。

樁方法和狀態(tài)機(jī)之間的聯(lián)系就是通過(guò)builder來(lái)建立的。

二、關(guān)于第二點(diǎn)的說(shuō)明

狀態(tài)機(jī)會(huì)保存builder的一個(gè)字段，async方法的參數(shù)也會(huì)被提升為狀態(tài)機(jī)的字段，如果在async方法的await表達(dá)式之后需要訪問(wèn)async方法中的局部變量，也需要將該局部變量保存到狀態(tài)機(jī)中。狀態(tài)機(jī)還保存了awaiter字段，一般情況下，不同類(lèi)型的await表達(dá)式只保存一個(gè)就行。至于await之后續(xù)延中需要恢復(fù)執(zhí)行的位置由一個(gè)state的字段來(lái)表示，當(dāng)state字段的值為-1時(shí)表示為執(zhí)行或正在執(zhí)行，大于0時(shí)表示暫定，-2表示已經(jīng)結(jié)束，結(jié)束表示正常完成或有異常。

三、關(guān)于第三點(diǎn)的說(shuō)明

狀態(tài)機(jī)中創(chuàng)建了大量的樣板代碼來(lái)“翻譯”async方法中的代碼，一般我們通過(guò)反編譯工具可以看到大量的switch、goto之類(lèi)的語(yǔ)句。

//MoveNext方法的樣板代碼
void IAsyncStateMachine. MoveNext() {
    try 
       { 
          switch (this. state)
         { 
            default: goto MethodStart; 
            case 0: goto Label0A; 
            case 1: goto Label1A; 
            case 2: goto Label2A; <------ case 的數(shù)量與await表達(dá)式數(shù)量相等
          }

          MethodStart: <------ 第一個(gè)await表達(dá)式之前的代碼 
                                          <------ 設(shè)置第一個(gè)awaiter 
          Label0A: <------ 從續(xù)延中恢復(fù)執(zhí)行的代碼 
          Label0B: <------ 快速路徑和慢速路徑匯合之處 
                        <------ 剩余代碼，包括更多標(biāo)簽以及awaiter等 
         } 
          catch (Exception e) //(本行及以下5行) 通過(guò)builder填充所有異常信息 
         { 
            this.state = -2; 
            builder.SetException(e);
            return; 
          } 
          this.state = -2; //(本行及以下1行)通過(guò)builder填充方法完成的信息 
          builder.SetResult(); 
}

四、關(guān)于第四點(diǎn)的說(shuō)明

ICriticalNotifyCompletion可以在基礎(chǔ)框架配合下實(shí)現(xiàn)執(zhí)行上下文（回調(diào)）的安全訪問(wèn)，INotifyCompletion需要通過(guò)ExecutionContext類(lèi)來(lái)配合完成（ExecutionContext的Capture和Run）。這兩個(gè)接口對(duì)應(yīng)builder的AwaitOnCompleted<TAwaiter,TStateMachine>(ref TAwaiterawaiter,ref TStateMachinestateMachine)方法和AwaitUnsafeOnCompleted<TAwaiter,TStateMachine>(ref TAwaiterawaiter,ref TStateMachinestateMachine)方法，也會(huì)被后者進(jìn)行調(diào)用。（builder具體要使用哪一個(gè)方法要看Task實(shí)現(xiàn)了哪一個(gè)接口）

五、關(guān)于第五點(diǎn)的說(shuō)明

builder和狀態(tài)機(jī)等等都是編譯器生成的，至于調(diào)用么，當(dāng)然得由編譯器負(fù)責(zé)調(diào)用了。

到此這篇關(guān)于C#異步原理詳情的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C#異步原理內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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