前言：

用async關鍵字和await表達式表達的異步操作在C#5便發(fā)布了，其使用簡單，讓開發(fā)者能夠用同步的方式來書寫異步代碼，真的很棒。當然，編譯器在后面也做了不少工作--一個異步方法本質(zhì)上是被編譯器轉(zhuǎn)換為一個樁方法和一個狀態(tài)機。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)的東西應該不會變太多。這篇筆記來源于C# in depth（第四版），記錄一些關鍵的地方，便于自己記憶，希望對你也有所幫助。

文章結(jié)論主要以下五點：

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

下面我們就上面的5點展開說明。

一、關于第一點的說明

我們編寫的async方法會被編譯器編譯為一個樁方法和一個狀態(tài)機。

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

①狀態(tài)機的狀態(tài)字段（用于記錄await表達式完成后的恢復執(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)機初始化好之后，就要調(diào)用狀態(tài)機的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。在這個過程中要注意狀態(tài)機和builder都是一個值類型，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)機的MoveNext方法中。

樁方法和狀態(tài)機之間的聯(lián)系就是通過builder來建立的。

二、關于第二點的說明

狀態(tài)機會保存builder的一個字段，async方法的參數(shù)也會被提升為狀態(tài)機的字段，如果在async方法的await表達式之后需要訪問async方法中的局部變量，也需要將該局部變量保存到狀態(tài)機中。狀態(tài)機還保存了awaiter字段，一般情況下，不同類型的await表達式只保存一個就行。至于await之后續(xù)延中需要恢復執(zhí)行的位置由一個state的字段來表示，當state字段的值為-1時表示為執(zhí)行或正在執(zhí)行，大于0時表示暫定，-2表示已經(jīng)結(jié)束，結(jié)束表示正常完成或有異常。

三、關于第三點的說明

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

//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表達式數(shù)量相等
          }

          MethodStart: <------ 第一個await表達式之前的代碼 
                                          <------ 設置第一個awaiter 
          Label0A: <------ 從續(xù)延中恢復執(zhí)行的代碼 
          Label0B: <------ 快速路徑和慢速路徑匯合之處 
                        <------ 剩余代碼，包括更多標簽以及awaiter等 
         } 
          catch (Exception e) //(本行及以下5行) 通過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builder填充方法完成的信息 
          builder.SetResult(); 
}

四、關于第四點的說明

ICriticalNotifyCompletion可以在基礎框架配合下實現(xiàn)執(zhí)行上下文（回調(diào)）的安全訪問，INotifyCompletion需要通過ExecutionContext類來配合完成（ExecutionContext的Capture和Run）。這兩個接口對應builder的AwaitOnCompleted<TAwaiter,TStateMachine>(ref TAwaiterawaiter,ref TStateMachinestateMachine)方法和AwaitUnsafeOnCompleted<TAwaiter,TStateMachine>(ref TAwaiterawaiter,ref TStateMachinestateMachine)方法，也會被后者進行調(diào)用。（builder具體要使用哪一個方法要看Task實現(xiàn)了哪一個接口）

五、關于第五點的說明

builder和狀態(tài)機等等都是編譯器生成的，至于調(diào)用么，當然得由編譯器負責調(diào)用了。

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

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