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()
1 [CompilerGenerated] 2 private sealed class <GetInfoAsync>d__1 : IAsyncStateMachine 3 { 4 public int <>1__state; 5 public AsyncVoidMethodBuilder <>t__builder; 6 private Task<bool> <task>5__1; 7 private bool <result>5__2; 8 private bool <>s__3; 9 private TaskAwaiter<bool> <>u__1; 10 void IAsyncStateMachine.MoveNext() 11 { 12 int num = this.<>1__state; 13 try 14 { 15 TaskAwaiter<bool> awaiter; 16 if (num != 0) 17 { 18 Func<bool> arg_2F_0; 19 if ((arg_2F_0 = Program.<>c.<>9__1_0) == null) 20 { 21 arg_2F_0 = (Program.<>c.<>9__1_0 = new Func<bool>(Program.<>c.<>9.<GetInfoAsync>b__1_0)); 22 } 23 this.<task>5__1 = Task.Run<bool>(arg_2F_0); 24 awaiter = this.<task>5__1.GetAwaiter(); 25 if (!awaiter.IsCompleted) 26 { 27 this.<>1__state = 0; 28 this.<>u__1 = awaiter; 29 Program.<GetInfoAsync>d__1 <GetInfoAsync>d__ = this; 30 this.<>t__builder.AwaitUnsafeOnCompleted<TaskAwaiter<bool>, Program.<GetInfoAsync>d__1>(ref awaiter, ref <GetInfoAsync>d__); 31 return; 32 } 33 } 34 else 35 { 36 awaiter = this.<>u__1; 37 this.<>u__1 = default(TaskAwaiter<bool>); 38 this.<>1__state = -1; 39 } 40 this.<>s__3 = awaiter.GetResult(); 41 this.<result>5__2 = this.<>s__3; 42 Console.WriteLine(this.<result>5__2); 43 } 44 catch (Exception exception) 45 { 46 this.<>1__state = -2; 47 this.<>t__builder.SetException(exception); 48 return; 49 } 50 this.<>1__state = -2; 51 this.<>t__builder.SetResult(); 52 } 53 [DebuggerHidden] 54 void IAsyncStateMachine.SetStateMachine(IAsyncStateMachine stateMachine) 55 { 56 } 57 }
View Code
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。
转载于:https://www.cnblogs.com/zh7791/p/9951478.html
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