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來(lái)自：蘑菇先生

鏈接：http://www.cnblogs.com/mushroom/p/4575417.html

基本介紹

Async、Await是net4.x新增的異步編程方式，其目的是為了簡(jiǎn)化異步程序編寫，和之前APM方式簡(jiǎn)單對(duì)比如下。

APM方式，BeginGetRequestStream需要傳入回調(diào)函數(shù)，線程碰到BeginXXX時(shí)會(huì)以非阻塞形式繼續(xù)執(zhí)行下面邏輯，完成后回調(diào)先前傳入的函數(shù)。

HttpWebRequest myReq =(HttpWebRequest)WebRequest.Create('http://cnblogs.com/');

myReq.BeginGetRequestStream();

//to do

Async方式，使用Async標(biāo)記Async1為異步方法，用Await標(biāo)記GetRequestStreamAsync表示方法內(nèi)需要耗時(shí)的操作。主線程碰到await時(shí)會(huì)立即返回，繼續(xù)以非阻塞形式執(zhí)行主線程下面的邏輯。當(dāng)await耗時(shí)操作完成時(shí)，繼續(xù)執(zhí)行Async1下面的邏輯

static async void Async1()

{

HttpWebRequest myReq = (HttpWebRequest)WebRequest.Create('http://cnblogs.com/');

await myReq.GetRequestStreamAsync();

//to do

}

上面是net類庫(kù)實(shí)現(xiàn)的異步，如果要實(shí)現(xiàn)自己方法異步。

APM方式：

public delegate int MyDelegate(int x);

MyDelegate mathDel = new MyDelegate((a) => { return 1; });

mathDel.BeginInvoke(1, (a) => { },null);

Async方式:

static async void Async2()

{

await Task.Run(() => { Thread.Sleep(500); Console.WriteLine('bbb'); });

Console.WriteLine('ccc');

}

Async2();

Console.WriteLine('aaa');

對(duì)比下來(lái)發(fā)現(xiàn)，async/await是非常簡(jiǎn)潔優(yōu)美的，需要寫的代碼量更少，更符合人們編寫習(xí)慣。

因?yàn)槿说乃季S對(duì)線性步驟比較好理解的。

APM異步回調(diào)的執(zhí)行步驟是：A邏輯->假C回調(diào)邏輯->B邏輯->真C回調(diào)邏輯，這會(huì)在一定程度造成思維的混亂，當(dāng)一個(gè)項(xiàng)目中出現(xiàn)大量的異步回調(diào)時(shí)，就會(huì)變的難以維護(hù)。

Async、Await的加入讓原先這種混亂的步驟，重新?lián)苷?，?zhí)行步驟是：A邏輯->B邏輯->C邏輯。

基本原理剖析

作為一個(gè)程序員的自我修養(yǎng)，刨根問底的好奇心是非常重要的。 Async剛出來(lái)時(shí)會(huì)讓人有一頭霧水的感覺，await怎么就直接返回了，微軟怎么又出一套新的異步模型。那是因?yàn)榱?xí)慣了之前的APM非線性方式導(dǎo)致的，現(xiàn)在重歸線性步驟反而不好理解。 學(xué)習(xí)Async時(shí)候，可以利用已有的APM方式去理解，以下代碼純屬虛構(gòu)。

比如把Async2方法想象APM方式的Async3方法：

static async void Async3()

{

var task= await Task.Run(() => { Thread.Sleep(500); Console.WriteLine('bbb'); });

//注冊(cè)task完成后回調(diào)

task.RegisterCompletedCallBack(() =>

{

Console.WriteLine('ccc');

});

}

上面看其來(lái)就比較好理解些的，再把Async3方法想象Async4方法：

static void Async4()

{

var thread = new Thread(() =>

{

Thread.Sleep(500);

Console.WriteLine('bbb');

});

//注冊(cè)thread完成后回調(diào)

thread.RegisterCompletedCallBack(() =>

{

Console.WriteLine('ccc');

});

thread.Start();

}

這樣看起來(lái)就非常簡(jiǎn)單明了，連async都去掉了，變成之前熟悉的編程習(xí)慣。雖然代碼純屬虛構(gòu)，但基本思想是相通的，差別在于實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)上面。

內(nèi)部實(shí)現(xiàn)剖析

作為一個(gè)程序員的自我修養(yǎng)，嚴(yán)謹(jǐn)更是不可少的態(tài)度。上面的基本思想雖然好理解了，但具體細(xì)節(jié)呢，編程是個(gè)來(lái)不得半點(diǎn)虛假的工作，那虛構(gòu)的代碼完全對(duì)不住看官們啊。

繼續(xù)看Async2方法，反編譯后的完整代碼如下：

internal class Program

{

// Methods

[AsyncStateMachine(typeof(d__2)), DebuggerStepThrough]

private static void Async2()

{

d__2 d__;

d__.<>t__builder = AsyncVoidMethodBuilder.Create();

d__.<>1__state = -1;

d__.<>t__builder.Startd__2>(ref d__);

}

private static void Main(string[] args)

{

Async2();

Console.WriteLine('aaa');

Console.ReadLine();

}

// Nested Types

[CompilerGenerated]

private struct d__2 : IAsyncStateMachine

{

// Fields

public int <>1__state;

public AsyncVoidMethodBuilder <>t__builder;

private object <>t__stack;

private TaskAwaiter <>u__$awaiter3;

// Methods

private void MoveNext()

{

try

{

TaskAwaiter awaiter;

bool flag = true;

switch (this.<>1__state)

{

case -3:

goto Label_00C5;

case 0:

break;

default:

if (Program.CS$<>9__CachedAnonymousMethodDelegate1 == null)

{

Program.CS$<>9__CachedAnonymousMethodDelegate1 = new Action(Program.b__0);

}

awaiter = Task.Run(Program.CS$<>9__CachedAnonymousMethodDelegate1).GetAwaiter();

if (awaiter.IsCompleted)

{

goto Label_0090;

}

this.<>1__state = 0;

this.<>u__$awaiter3 = awaiter;

this.<>t__builder.AwaitUnsafeOnCompletedd__2>(ref awaiter, ref this);

flag = false;

return;

}

awaiter = this.<>u__$awaiter3;

this.<>u__$awaiter3 = new TaskAwaiter();

this.<>1__state = -1;

Label_0090:

awaiter.GetResult();

awaiter = new TaskAwaiter();

Console.WriteLine('ccc');

}

catch (Exception exception)

{

this.<>1__state = -2;

this.<>t__builder.SetException(exception);

return;

}

Label_00C5:

this.<>1__state = -2;

this.<>t__builder.SetResult();

}

[DebuggerHidden]

private void SetStateMachine(IAsyncStateMachine param0)

{

this.<>t__builder.SetStateMachine(param0);

}

}

public delegate int MyDelegate(int x);

}

Collapse Methods

發(fā)現(xiàn)async、await不見了，原來(lái)又是編譯器級(jí)別提供的語(yǔ)法糖優(yōu)化，所以說(shuō)async不算是全新的異步模型。 可以理解為async更多的是線性執(zhí)行步驟的一種回歸，專門用來(lái)簡(jiǎn)化異步代碼編寫。

從反編譯后的代碼看出編譯器新生成一個(gè)繼承IAsyncStateMachine 的狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)asyncd（代碼中叫d__2，后面簡(jiǎn)寫AsyncD)，下面是基于反編譯后的代碼來(lái)分析的。

IAsyncStateMachine最基本的狀態(tài)機(jī)接口定義：

public interface IAsyncStateMachine

{

void MoveNext();

void SetStateMachine(IAsyncStateMachine stateMachine);

}

既然沒有了async、await語(yǔ)法糖的阻礙，就可以把代碼執(zhí)行流程按線性順序來(lái)理解，其整個(gè)執(zhí)行步驟如下：

1. 主線程調(diào)用Async2()方法

2. Async2()方法內(nèi)初始化狀態(tài)機(jī)狀態(tài)為-1，啟動(dòng)AsyncD

3. MoveNext方法內(nèi)部開始執(zhí)行，其task.run函數(shù)是把任務(wù)扔到線程池里，返回個(gè)可等待的任務(wù)句柄。MoveNext源碼剖析：

//要執(zhí)行任務(wù)的委托

Program.CS$<>9__CachedAnonymousMethodDelegate1 = new Action(Program.b__0);

//開始使用task做異步，是net4.0基于任務(wù)task的編程方式。

awaiter =Task.Run(Program.CS$<>9__CachedAnonymousMethodDelegate1).GetAwaiter();

//設(shè)置狀態(tài)為0，以便再次MoveNext直接break，執(zhí)行switch后面的邏輯，典型的狀態(tài)機(jī)模式。

this.<>1__state = 0;

//返回調(diào)用async2方法的線程，讓其繼續(xù)執(zhí)行主線程后面的邏輯

this.<>t__builder.AwaitUnsafeOnCompletedd__2>(ref awaiter, ref this);

return;

4. 這時(shí)就已經(jīng)有2個(gè)線程在跑了，分別是主線程和Task.Run在跑的任務(wù)線程。

5. 執(zhí)行主線程后面邏輯輸出aaa，任務(wù)線程運(yùn)行完成后輸出bbb、在繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)線程后面的業(yè)務(wù)邏輯輸出ccc。

Label_0090:

awaiter.GetResult();

awaiter = new TaskAwaiter();

Console.WriteLine('ccc');

這里可以理解為async把整個(gè)主線程同步邏輯，分拆成二塊。 第一塊是在主線程直接執(zhí)行，第二塊是在任務(wù)線程完成后執(zhí)行， 二塊中間是任務(wù)線程在跑，其源碼中awaiter.GetResult()就是在等待任務(wù)線程完成后去執(zhí)行第二塊。

從使用者角度來(lái)看執(zhí)行步驟即為： 主線程A邏輯->異步任務(wù)線程B邏輯->主線程C邏輯。

Test();

Console.WriteLine('A邏輯');

static async void Test()

{

await Task.Run(() => { Thread.Sleep(1000); Console.WriteLine('B邏輯'); });

Console.WriteLine('C邏輯');

}

回過頭來(lái)對(duì)比下基本原理剖析小節(jié)中的虛構(gòu)方法Async4()，發(fā)現(xiàn)區(qū)別在于一個(gè)是完成后回調(diào)，一個(gè)是等待完成后再執(zhí)行，這也是實(shí)現(xiàn)異步最基本的兩大類方式。

重點(diǎn)注意的地方

主線程A邏輯->異步任務(wù)線程B邏輯->主線程C邏輯。

注意：這3個(gè)步驟是有可能會(huì)使用同一個(gè)線程的，也可能會(huì)使用2個(gè)，甚至3個(gè)線程。 可以用Thread.CurrentThread.ManagedThreadId測(cè)試下得知。

Async7();

Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);

static async void Async7()

{

await Task.Run(() =>

{

Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);

});

Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);

}

正由于此，才會(huì)有言論說(shuō)Async不用開線程，也有說(shuō)需要開線程的，從單一方面來(lái)講都是對(duì)的，也都是錯(cuò)的。 上面源碼是從簡(jiǎn)分析的，具體async內(nèi)部會(huì)涉及到線程上下文切換，線程復(fù)用、調(diào)度等。 想深入的同學(xué)可以研究下ExecutionContextSwitcher、 SecurityContext.RestoreCurrentWI、ExecutionContext這幾個(gè)東東。

其實(shí)具體的物理線程細(xì)節(jié)可以不用太關(guān)心，知道其【主線程A邏輯->異步任務(wù)線程B邏輯->主線程C邏輯】這個(gè)基本原理即可。 另外Async也會(huì)有線程開銷的，所以要合理分業(yè)務(wù)場(chǎng)景去使用。

總結(jié)

從逐漸剖析Async中發(fā)現(xiàn)，Net提供的異步方式基本上一脈相承的,如：

1. net4.5的Async，拋去語(yǔ)法糖就是Net4.0的Task+狀態(tài)機(jī)。

2. net4.0的Task， 退化到3.5即是(Thread、ThreadPool)+實(shí)現(xiàn)的等待、取消等API操作。

本文以async為起點(diǎn)，簡(jiǎn)單剖析了其內(nèi)部原理及實(shí)現(xiàn)，希望對(duì)大家有所幫助。

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