Async,Await 深入源码解析
1.同步与异步
假设存在
io事件a:请求网络资源 (完成耗时5s)
io事件b:查询数据库 (完成耗时5s)
情况一:线程1工人在发起a请求后,一直阻塞等待,在a响应返回结果后再接着处理事件b,那总共需要耗时>10s.
情况二:线程1工人在发起a请求后,马上返回发起b请求然后返回,5s后事件a响应返回,接着事件b响应返回,那总共需要耗时<10s.
情况一就是同步的概念,而情况二就是异步的概念。细节会有所不同,但大致上可以这样理解。然而并不是所有情况适用异步,下面将会解释。
2.异步运行的顺序
c#中的异步关键词是async与await,常常结合task使用,如下面实例,看看它执行的情况
static async task main(string[] args) { console.writeline($"{thread.currentthread.managedthreadid}:mainstart"); //标记1 await sayhi(); console.writeline($"{thread.currentthread.managedthreadid}:mainend"); //标记4 } static async task sayhi() { console.writeline($"{thread.currentthread.managedthreadid}:sayhistart"); //标记2 await task.delay(1000); console.writeline($"{thread.currentthread.managedthreadid}:sayhiend"); //标记3 }
结果:
1:mainstart
1:sayhistart
5:sayhiend
5:mainend
c#7.1后的版本都支持异步main方法,程序执行的状况
线程1->标记1,
线程1->标记2,
线程5->标记3
线程5->标记4
执行顺序如预期,而需要关注的是线程在执行期间的切换,在线程1执行完标记2后就已经返回,接着由线程5接管了后面代码逻辑的执行,那到底为什么会发生这样的情况?
答案是:编译器会自动地替我们完成了大量了不起的工作,下面接着来看看。
3.生成骨架与状态机
编译器在遇到await关键字会自动构建骨架与生成状态机,按照以上例子来看看编译器做的工作有那些。
[debuggerstepthrough] private static void <main>(string[] args) { main(args).getawaiter().getresult(); } [asyncstatemachine((type) typeof(<main>d__0)), debuggerstepthrough] private static task main(string[] args) { <main>d__0 statemachine = new <main>d__0 { args = args, <>t__builder = asynctaskmethodbuilder.create(), <>1__state = -1 }; statemachine.<>t__builder.start<<main>d__0>(ref statemachine); return statemachine.<>t__builder.get_task(); } [asyncstatemachine((type) typeof(<sayhi>d__1)), debuggerstepthrough] private static task sayhi() { <sayhi>d__1 statemachine = new <sayhi>d__1 { <>t__builder = asynctaskmethodbuilder.create(), //如果返回的是void builder为asyncvoidmethodbuilder <>1__state = -1 //状态初始化为-1 }; statemachine.<>t__builder.start<<sayhi>d__1>(ref statemachine); //开始执行 传入状态机的引用 return statemachine.<>t__builder.get_task(); //返回结果 }
1.编译器会自动生成void mian程序入口方法,它会调用async task main方法。(所以说c#7.1支持异步main方法,其实只是编译器做了一点小工作)
2.main方法里的输出内容与调用sayhi方法代码消失了,取而代之的是编译器生成了骨架方法,初始化 <main>d__0 状态机,把状态机的状态字段<>1__state
初始化为-1,builder为asynctaskmethodbuilder实例,接着调用builder的start方法。
3.sayhi方法同2
接着看看asynctaskmethodbuilder的start方法
[debuggerstepthrough] public static void start<tstatemachine>(ref tstatemachine statemachine) where tstatemachine: iasyncstatemachine { if (((tstatemachine) statemachine) == null) { throwhelper.throwargumentnullexception(exceptionargument.statemachine); } thread currentthread = thread.currentthread; thread thread2 = currentthread; executioncontext context2 = currentthread._executioncontext; synchronizationcontext context3 = currentthread._synchronizationcontext; try { statemachine.movenext(); //调用了状态机的movenext方法 } finally { synchronizationcontext context4 = context3; thread thread3 = thread2; if (!referenceequals(context4, thread3._synchronizationcontext)) { thread3._synchronizationcontext = context4; } executioncontext contexttorestore = context2; executioncontext currentcontext = thread3._executioncontext; if (!referenceequals(contexttorestore, currentcontext)) { executioncontext.restorechangedcontexttothread(thread3, contexttorestore, currentcontext); } } }
start方法调用了状态机的movenext方法,是不是很熟悉?接下来看看状态机长什么样子。
[compilergenerated] private sealed class <main>d__0 : iasyncstatemachine { // fields public int <>1__state; public asynctaskmethodbuilder <>t__builder; public string[] args; private taskawaiter <>u__1; // methods private void movenext() { int num = this.<>1__state; try { taskawaiter awaiter; if (num == 0) { awaiter = this.<>u__1; this.<>u__1 = new taskawaiter(); this.<>1__state = num = -1; goto tr_0004; } else //1: <>1_state初始值为-1,所以先进到该分支,由线程1执行 { console.writeline($"{(int) thread.get_currentthread().managedthreadid}:mainstart"); //标记1 //线程1执行 所以输出 1:mainstart awaiter = program.sayhi().getawaiter(); //重点:获取taskd getawaiter方法返回taskawaiter if (awaiter.iscompleted) //重点:判断任务是否已经完成 { goto tr_0004; //sayhi方法是延时任务,所以正常情况下不会跳进这里 } else { this.<>1__state = num = 0; //赋值状态0 this.<>u__1 = awaiter; program.<main>d__0 statemachine = this; this.<>t__builder.awaitunsafeoncompleted<taskawaiter, program.<main>d__0>(ref awaiter, ref statemachine); //重点:把taskawaiter与该状态机,线程1执行到这返回
}
}
return;
tr_0004:
awaiter.getresult(); //重点:获取结果 由线程1执行或延时任务不定线程执行
console.writeline($"{(int) thread.get_currentthread().managedthreadid}:mainend"); //标记4 所以输出 5:mainend
this.<>1__state = -2; this.<>t__builder.setresult();//设置结果
}
catch (exception exception)
{
this.<>1__state = -2;
this.<>t__builder.setexception(exception); //设置异常
}
}
[debuggerhidden] private void setstatemachine(iasyncstatemachine statemachine) { } }
上面我圈了重点的是关于task类型能实现async await的关键操作,
1.线程1执行调用task实例的getawaiter方法返回taskawaiter实例。
2.判断taskawaiter实例的iscompleted属性是否完成,如果已完成,跳转到tr_0004,否则执行到awaitunsafeoncompleted方法,线程1结束返回。
我们继续来看看awaitunsafeoncompleted方法,没反编译出来,所以我们来看看与它类似的awaitoncompleted方法( awaitunsafeoncompleted实际上会调用unsafeoncompleted方法)
public void awaitoncompleted<tawaiter, tstatemachine>(ref tawaiter awaiter, ref tstatemachine statemachine) where tawaiter: inotifycompletion where tstatemachine: iasyncstatemachine { try { awaiter.oncompleted(this.getstatemachinebox<tstatemachine>(ref statemachine).movenextaction); } catch (exception exception1) { task.throwasync(exception1, null); } }
看到这里是不是豁然开朗了
1.注册taskawaiter实例完成任务的回调方法,等任务完成后将会调用状态机的movenext方法,由上篇文章task的启动方式知道后面的操作将会交由线程池的线程处理。所以标记3跟标记4将会在空闲的线程上执行。
2.<>1__state为0,跳到tr_0004执行,调用taskawaiter实例的getresult()方法,执行await后面的代码,返回结果。
sayhi方法同上。
结论
编译器遇到await后会自动构建骨架与状态机,把await后面的代码挪到任务完成的后面继续执行。主线程第一次调用movenext方法时,如果任务已经完成会直接执行后面的操作,否则直接返回,不阻塞主线程的运行。后面的流程
将交由线程池来调度完成。
回到文章开头的问题,什么情况下不适用异步?
可以看出来,使用异步编译器会生成大量额外的操作,而不耗时或者cpu密集型工作使用异步就是添堵。
思考
是不是只有task才能用async与await?
下一篇我将来探讨一下这个问题,感兴趣的小伙伴可以关注留意后续更新
有说得不对的地方欢迎大神指正,欢迎讨论,共同进步
上一篇: C# 多态性
下一篇: 先有想象力,才能活用大数据