C# async/await异步编程深入理解
异步函数简介
一般指 async 修饰符声明得、可包含await表达式得方法或匿名函数。
声明方式
异步方法的声明语法与其他方法完全一样, 只是需要包含 async 关键字。async可以出现在返回值之前的任何位置, 如下示例:
async public static void GetInfoAsync()
{
//...
}
public async static void GetInfoAsync()
{
//...
}
public static async void GetInfoAsync()
{
//...
}
异步方法的返回类型
异步函数的返回类型只能为: void、Task、Task<TResult>。
Task<TResult>: 代表一个返回值T类型的操作。
Task: 代表一个无返回值的操作。
void: 为了和传统的事件处理程序兼容而设计。
await(等待)
await等待的是什么? 可以是一个异步操作(Task)、亦或者是具备返回值的异步操作(Task<TResult>)的值, 如下:
public async static void GetInfoAsync()
{
await GetData(); // 等待异步操作, 无返回值
await GetData<int>(1); //等待异步操作, 返回值 int
}
static Task GetData()
{
//...
return null;
}
static Task<T> GetData<T>(int a)
{
//...
return null;
}
注: await 最终操作的是一个值, 当然, 也可以是无值, 如上GetData() , 否则就是一个 Task<T> 如上: GetData<T>()
await执行过程
TaskAwaiter 获取执行结果
一般而言, await等待的一个异步操作, 无论是具备返回值还是否, 那么最终都会获得该操作是否已完成、具备返回值得异步操作可以获取他得返回结果。
所以这个时候, TaskAwaiter出现了, 无论是Task、还是Task<TResult>操作, 都具备GetAwaiter() 方法。
用于获取改操作得状态、返回结果, 及部分操作, 如下TaskAwaiter结构:
//
// 摘要:
// 提供等待异步任务完成的对象。
public struct TaskAwaiter : ICriticalNotifyCompletion, INotifyCompletion
{
//
// 摘要:
// 获取一个值，该值指示是否已完成的异步任务。
//
// 返回结果:
// true 如果任务已完成;否则为 false。
//
// 异常:
// T:System.NullReferenceException:
// System.Runtime.CompilerServices.TaskAwaiter 对象未正确初始化。
public bool IsCompleted { get; }
//
// 摘要:
// 结束异步任务完成之前的等待。
//
// 异常:
// T:System.NullReferenceException:
// System.Runtime.CompilerServices.TaskAwaiter 对象未正确初始化。
//
// T:System.Threading.Tasks.TaskCanceledException:
// 任务已取消。
//
// T:System.Exception:
// 在完成的任务 System.Threading.Tasks.TaskStatus.Faulted 状态。
[TargetedPatchingOptOut("Performance critical to inline across NGen image boundaries")]
public void GetResult();
//
// 摘要:
// 设置时应执行的操作 System.Runtime.CompilerServices.TaskAwaiter 对象停止等待异步任务完成。
//
// 参数:
// continuation:
// 要在等待操作完成时执行的操作。
//
// 异常:
// T:System.ArgumentNullException:
// continuation 为 null。
//
// T:System.NullReferenceException:
// System.Runtime.CompilerServices.TaskAwaiter 对象未正确初始化。
[SecuritySafeCritical]
public void OnCompleted(Action continuation);
//
// 摘要:
// 计划程序与此等待异步任务的延续任务操作。
//
// 参数:
// continuation:
// 要等待操作完成时调用的操作。
//
// 异常:
// T:System.ArgumentNullException:
// continuation 为 null。
//
// T:System.InvalidOperationException:
// 该等待程序未正确初始化。
[SecurityCritical]
public void UnsafeOnCompleted(Action continuation);
}
接下来, 演示如何通过等待去获取异步操作的返回结果, 如下代码所示:
public async static void GetInfoAsync()
{
Task<bool> task = Task.Run<bool>(() =>
{
Thread.Sleep(10000); //模拟耗时
return true;
});
//以下两种方式
bool taskResult1 = await task; //内部自己执行了GetAwaiter()
bool taskResult = task.GetAwaiter().GetResult(); //自己手动执行Awaiter(), 但是阻塞UI
Console.WriteLine(taskResult);
}
注: 对于一个await表达式, 编译器生成的代码会先调用GetAwaiter(), 然后通过awaiter得成员来等待结果, 所以以上两种方式等效( 不考虑阻塞的情况下)
为了验证以上猜测, 通过反编译工具查看得到如下代码:
编译器最终生成两个密封类, 一个类( <>c )我们展开分析:
<GetInfoAsync>b__1_0() 正是模拟耗时的一个操作委托生成的方法。
[CompilerGenerated]
[Serializable]
private sealed class <>c
{
public static readonly Program.<>c <>9 = new Program.<>c();
public static Func<bool> <>9__1_0;
internal bool <GetInfoAsync>b__1_0()
{
Thread.Sleep(10000);
return true;
}
}
第二个类 <GetInfoAsync>d__1 分析:
该类分别实现了接口 IAsyncStateMachine 的MoveNext() 与 SetStateMachine() ,另外 注意,
还特别定义了一个 <>t__builder, 先记住他, 下面讲会对他讲到, 为什么编译器生成的代码会默认先调用GetAwaiter()
接下来, 看GetInfoAsync()方法, 这个是自己编写的, 但是实现的细节,最终转换成了编译器执行代码:
[AsyncStateMachine(typeof(Program.<GetInfoAsync>d__1)), DebuggerStepThrough]
public static void GetInfoAsync()
{
Program.<GetInfoAsync>d__1 <GetInfoAsync>d__ = new Program.<GetInfoAsync>d__1();
<GetInfoAsync>d__.<>t__builder = AsyncVoidMethodBuilder.Create();
<GetInfoAsync>d__.<>1__state = -1;
AsyncVoidMethodBuilder <>t__builder = <GetInfoAsync>d__.<>t__builder;
<>t__builder.Start<Program.<GetInfoAsync>d__1>(ref <GetInfoAsync>d__); //注意到该代码, 调用了Start(),也许这就是默认实现的地方
}
通过查看Start泛型方法的实现, 最终找到了, 该泛型的条件限制于必须实现与 IAsyncStateMachine 接口, 所以通过查看, 该类最终调用了 MoveNext(), 而MoveNext中正
调用了GetAwaiter()。关于Start的实现如下所示:
[SecuritySafeCritical, DebuggerStepThrough, __DynamicallyInvokable]
public void Start<TStateMachine>(ref TStateMachine stateMachine) where TStateMachine : IAsyncStateMachine
{
if (stateMachine == null)
{
throw new ArgumentNullException("stateMachine");
}
ExecutionContextSwitcher executionContextSwitcher = default(ExecutionContextSwitcher);
RuntimeHelpers.PrepareConstrainedRegions();
try
{
ExecutionContext.EstablishCopyOnWriteScope(ref executionContextSwitcher);
stateMachine.MoveNext();
}
finally
{
executionContextSwitcher.Undo();
}
}
剖析MoveNext
对比IDE中的代码, 如下所示:
总结
await等待的是任务的操作值, 最终返回是异步操作的返回结果。而这一切都是因为编译器创建了一系列复杂的状态机制, 以达到其实现。
