閱讀目錄：

基本介紹

基本原理剖析

內部實現剖析

重點注意的地方

總結

基本介紹

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

APM方式，BeginGetRequestStream需要傳入回調函數，線程碰到BeginXXX時會以非阻塞形式繼續執行下面邏輯，完成后回調先前傳入的函數。

HttpWebRequest myReq =(HttpWebRequest)WebRequest.Create("http://cnblogs.com/");myReq.BeginGetRequestStream();//to do

Async方式，使用Async標記Async1為異步方法，用Await標記GetRequestStreamAsync表示方法內需要耗時的操作。主線程碰到await時會立即返回，繼續以非阻塞形式執行主線程下面的邏輯。當await耗時操作完成時，繼續執行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類庫實現的異步，如果要實現自己方法異步。
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");

對比下來發現，async/await是非常簡潔優美的，需要寫的代碼量更少，更符合人們編寫習慣。
因為人的思維對線性步驟比較好理解的。

APM異步回調的執行步驟是：A邏輯->假C回調邏輯->B邏輯->真C回調邏輯，這會在一定程度造成思維的混亂，當一個項目中出現大量的異步回調時，就會變的難以維護。
Async、Await的加入讓原先這種混亂的步驟，重新撥正了，執行步驟是：A邏輯->B邏輯->C邏輯。

基本原理剖析

作為一個程序員的自我修養，刨根問底的好奇心是非常重要的。 Async剛出來時會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。那是因為習慣了之前的APM非線性方式導致的，現在重歸線性步驟反而不好理解。 學習Async時候，可以利用已有的APM方式去理解，以下代碼純屬虛構。
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task完成后回調task.RegisterCompletedCallBack(() =>{Console.WriteLine("ccc");});}

上面看其來就比較好理解些的，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thread完成后回調thread.RegisterCompletedCallBack(() =>{Console.WriteLine("ccc");});thread.Start();}

這樣看起來就非常簡單明了，連async都去掉了，變成之前熟悉的編程習慣。雖然代碼純屬虛構，但基本思想是相通的，差別在于實現細節上面。

內部實現剖析

作為一個程序員的自我修養，嚴謹更是不可少的態度。上面的基本思想雖然好理解了，但具體細節呢，編程是個來不得半點虛假的工作，那虛構的代碼完全對不住看官們啊。

繼續看Async2方法，反編譯后的完整代碼如下：

internal class Program {// Methods[AsyncStateMachine(typeof(<Async2>d__2)), DebuggerStepThrough]private static void Async2(){<Async2>d__2 d__;d__.<>t__builder = AsyncVoidMethodBuilder.Create();d__.<>1__state = -1;d__.<>t__builder.Start<<Async2>d__2>(ref d__);}private static void Main(string[] args){Async2();Console.WriteLine("aaa");Console.ReadLine();}// Nested Types[CompilerGenerated]private struct <Async2>d__2 : IAsyncStateMachine{// Fieldspublic int <>1__state;public AsyncVoidMethodBuilder <>t__builder;private object <>t__stack;private TaskAwaiter <>u__$awaiter3;// Methodsprivate void MoveNext(){try{TaskAwaiter awaiter;bool flag = true;switch (this.<>1__state){case -3:goto Label_00C5;case 0:break;default:if (Program.CS$<>9__CachedAnonymousMethodDelegate1 == null){Program.CS$<>9__CachedAnonymousMethodDelegate1 = new Action(Program.<Async2>b__0);}awaiter = Task.Run(Program.CS$<>9__CachedAnonymousMethodDelegate1).GetAwaiter();if (awaiter.IsCompleted){goto Label_0090;}this.<>1__state = 0;this.<>u__$awaiter3 = awaiter;this.<>t__builder.AwaitUnsafeOnCompleted<TaskAwaiter, Program.<Async2>d__2>(ref awaiter, ref this);flag = false;return;}awaiter = this.<>u__$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

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發現async、await不見了，原來又是編譯器級別提供的語法糖優化，所以說async不算是全新的異步模型。 可以理解為async更多的是線性執行步驟的一種回歸，專門用來簡化異步代碼編寫。
從反編譯后的代碼看出編譯器新生成一個繼承IAsyncStateMachine 的狀態機結構asyncd（代碼中叫<Async2>d__2，后面簡寫AsyncD)，下面是基于反編譯后的代碼來分析的。

IAsyncStateMachine最基本的狀態機接口定義：

public interface IAsyncStateMachine {void MoveNext();void SetStateMachine(IAsyncStateMachine stateMachine); }

既然沒有了async、await語法糖的阻礙，就可以把代碼執行流程按線性順序來理解，其整個執行步驟如下：

1. 主線程調用Async2()方法
2. Async2()方法內初始化狀態機狀態為-1，啟動AsyncD
3. MoveNext方法內部開始執行，其task.run函數是把任務扔到線程池里，返回個可等待的任務句柄。MoveNext源碼剖析：

//要執行任務的委托

Program.CS$<>9__CachedAnonymousMethodDelegate1 = new Action(Program.<Async2>b__0);

//開始使用task做異步，是net4.0基于任務task的編程方式。

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

//設置狀態為0，以便再次MoveNext直接break，執行switch后面的邏輯，典型的狀態機模式。

this.<>1__state = 0;

//返回調用async2方法的線程，讓其繼續執行主線程后面的邏輯

this.<>t__builder.AwaitUnsafeOnCompleted<TaskAwaiter, Program.<Async2>d__2>(ref awaiter, ref this); return;

4. 這時就已經有2個線程在跑了，分別是主線程和Task.Run在跑的任務線程。

5. 執行主線程后面邏輯輸出aaa，任務線程運行完成后輸出bbb、在繼續執行任務線程后面的業務邏輯輸出ccc。

Label_0090: awaiter.GetResult(); awaiter = new TaskAwaiter(); Console.WriteLine("ccc");

這里可以理解為async把整個主線程同步邏輯，分拆成二塊。 第一塊是在主線程直接執行，第二塊是在任務線程完成后執行， 二塊中間是任務線程在跑，其源碼中awaiter.GetResult()就是在等待任務線程完成后去執行第二塊。
從使用者角度來看執行步驟即為： 主線程A邏輯->異步任務線程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"); }

回過頭來對比下基本原理剖析小節中的虛構方法Async4()，發現區別在于一個是完成后回調，一個是等待完成后再執行，這也是實現異步最基本的兩大類方式。

重點注意的地方

主線程A邏輯->異步任務線程B邏輯->主線程C邏輯。

注意：這3個步驟是有可能會使用同一個線程的，也可能會使用2個，甚至3個線程。?可以用Thread.CurrentThread.ManagedThreadId測試下得知。

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，才會有言論說Async不用開線程，也有說需要開線程的，從單一方面來講都是對的，也都是錯的。 上面源碼是從簡分析的，具體async內部會涉及到線程上下文切換，線程復用、調度等。 想深入的同學可以研究下ExecutionContextSwitcher、 SecurityContext.RestoreCurrentWI、ExecutionContext這幾個東東。

其實具體的物理線程細節可以不用太關心，知道其【主線程A邏輯->異步任務線程B邏輯->主線程C邏輯】這個基本原理即可。 另外Async也會有線程開銷的，所以要合理分業務場景去使用。

總結

從逐漸剖析Async中發現，Net提供的異步方式基本上一脈相承的,如：
1. net4.5的Async，拋去語法糖就是Net4.0的Task+狀態機。
2. net4.0的Task， 退化到3.5即是(Thread、ThreadPool)+實現的等待、取消等API操作。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的【转】探索c#之Async、Await剖析的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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