如何理解Await與Async

這篇文章主要介紹“如何理解Await與Async ”，在日常操作中，相信很多人在如何理解Await與Async 問題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡單好用的操作方法，希望對大家解答”如何理解Await與Async ”的疑惑有所幫助！接下來，請跟著小編一起來學習吧！

一：背景

1. 講故事

await，async  這玩意的知識點已經被人說的爛的不能再爛了，看似沒什么好說的，但我發現有不少文章還是從理論上講述了這兩個語法糖的用法，懂得還是懂，不懂的看似懂了過幾天又不懂了，人生如戲全靠記是不行的哈，其實本質上來說  await, async 只是編譯器層面上的語法糖，在 IL 層面都會被打成原型的，所以在這個層面上認識這兩個語法糖是非常有必要的。

二：從 IL 層面認識

1. 使用 WebClient 下載

為了方便打回原型，我先上一個例子，使用 webclient 異步下載 http://cnblogs.com 的html，代碼如下：

class Program    {        static void Main(string[] args)        {            var html = GetResult();             Console.WriteLine("稍等... 正在下載 cnblogs -> html \r\n");             var content = html.Result;             Console.WriteLine(content);        }         static async Task<string> GetResult()        {            var client = new WebClient();             var content = await client.DownloadStringTaskAsync(new Uri("http://cnblogs.com"));             return content;        }    }

上面的代碼非常簡單，可以看到異步操作沒有阻塞主線程輸出: 稍等... 正在下載 cnblogs -> html \r\n, 編譯器層面沒什么好說的  ，接下來看下在 IL 層面發生了什么?

2. 挖掘 await async 的IL代碼

還是老規矩， ilSpy 走起，如下圖：

可以看到，這里有一個 GetResult 方法 ，一個 Main 方法，還有一個不知道在哪里冒出來的d__1  類，接下來和大家一個一個聊。

<1 style="box-sizing: border-box;"> \d__1> 類

因為不知道從哪里冒出來的，特別引人關注，所以看看它的 IL 是咋樣的?

.class nested private auto ansi sealed beforefieldinit '<GetResult>d__1'     extends [System.Runtime]System.Object     implements [System.Runtime]System.Runtime.CompilerServices.IAsyncStateMachine {     .method private final hidebysig newslot virtual          instance void MoveNext () cil managed     {     }      .method private final hidebysig newslot virtual          instance void SetStateMachine (             class [System.Runtime]System.Runtime.CompilerServices.IAsyncStateMachine stateMachine         ) cil managed     {      } }

從上面的 IL 代碼可以看到，這是自動生成的d__1 類實現了接口 IAsyncStateMachine，定義如下：

看到里面的 MoveNext 是不是很眼熟，平時你在 foreach 集合的時候就會用到這個方法，那時人家叫做枚舉類，在這里算是被改造了一下，  叫狀態機???。

<2 style="box-sizing: border-box;"> GetResult ()

為了方便演示，我對方法體中的 IL 代碼做一下簡化：

.method private hidebysig static      class [System.Runtime]System.Threading.Tasks.Task`1<string> GetResult () cil managed  {     IL_0000: newobj instance void ConsoleApp3.Program/'<GetResult>d__1'::.ctor()     IL_0005: stloc.0     IL_0006: ldloc.0     IL_0007: call valuetype [System.Threading.Tasks]System.Runtime.CompilerServices.AsyncTaskMethodBuilder`1<!0> valuetype [System.Threading.Tasks]System.Runtime.CompilerServices.AsyncTaskMethodBuilder`1<string>::Create()     IL_000c: stfld valuetype [System.Threading.Tasks]System.Runtime.CompilerServices.AsyncTaskMethodBuilder`1<string> ConsoleApp3.Program/'<GetResult>d__1'::'<>t__builder'     IL_0011: ldloc.0     IL_0012: ldc.i4.m1     IL_0013: stfld int32 ConsoleApp3.Program/'<GetResult>d__1'::'<>1__state'     IL_0018: ldloc.0     IL_0019: ldflda valuetype [System.Threading.Tasks]System.Runtime.CompilerServices.AsyncTaskMethodBuilder`1<string> ConsoleApp3.Program/'<GetResult>d__1'::'<>t__builder'     IL_001e: ldloca.s 0     IL_0020: call instance void valuetype [System.Threading.Tasks]System.Runtime.CompilerServices.AsyncTaskMethodBuilder`1<string>::Start<class ConsoleApp3.Program/'<GetResult>d__1'>(!!0&)     IL_0025: ldloc.0     IL_0026: ldflda valuetype [System.Threading.Tasks]System.Runtime.CompilerServices.AsyncTaskMethodBuilder`1<string> ConsoleApp3.Program/'<GetResult>d__1'::'<>t__builder'     IL_002b: call instance class [System.Runtime]System.Threading.Tasks.Task`1<!0> valuetype [System.Threading.Tasks]System.Runtime.CompilerServices.AsyncTaskMethodBuilder`1<string>::get_Task()     IL_0030: ret } // end of method Program::GetResult

如果你稍微懂一點的話，在 IL_0000 處的 newobj 你就應該知道這個方法就是做了 newd__1，然后從 IL_002b  處返回了一個 get_Task() ，這時候你就應該明白，為什么主線程不會被阻塞，因為人家返回的是 Task，對吧，最后的 http  結果會藏在 Task中，這樣是不是就很好理解了。

<3 style="box-sizing: border-box;"> Main

Main方法沒有做任何改變，原來是什么樣現在還是什么樣。

三：將 IL 代碼 回寫為 C#

1. 完整 C# 代碼

通過前面一部分你應該對 await ，async 在 IL 層面有了一個框架性的認識，這里我就全部反寫成 C# 代碼：

class Program     {         static void Main(string[] args)         {             var html = GetResult();              Console.WriteLine("稍等... 正在下載 cnblogs -> html \r\n");              var content = html.Result;              Console.WriteLine(content);         }          static Task<string> GetResult()         {             GetResult stateMachine = new GetResult();              stateMachine.builder = AsyncTaskMethodBuilder<string>.Create();              stateMachine.state = -1;              stateMachine.builder.Start(ref stateMachine);              return stateMachine.builder.Task;         }     }      class GetResult : IAsyncStateMachine     {         public int state;         public AsyncTaskMethodBuilder<string> builder;         private WebClient client;         private string content;         private string s3;         private TaskAwaiter<string> awaiter;          public void MoveNext()         {             var result = string.Empty;             TaskAwaiter<string> localAwaiter;             GetResult stateMachine;              int num = state;              try             {                 if (num == 0)                 {                     localAwaiter = awaiter;                     awaiter = default(TaskAwaiter<string>);                     num = state = -1;                 }                 else                 {                     client = new WebClient();                      localAwaiter = client.DownloadStringTaskAsync(new Uri("http://cnblogs.com")).GetAwaiter();                      if (!localAwaiter.IsCompleted)                     {                         num = state = 0;                         awaiter = localAwaiter;                         stateMachine = this;                         builder.AwaitUnsafeOnCompleted(ref localAwaiter, ref stateMachine);                         return;                     }                 }                  s3 = localAwaiter.GetResult();                 content = s3;                 s3 = null;                 result = content;             }             catch (Exception exx)             {                 state = -2;                 client = null;                 content = null;                 builder.SetException(exx);             }              state = -2;             client = null;             content = null;             builder.SetResult(result);         }          public void SetStateMachine(IAsyncStateMachine stateMachine) { }     }

可以看到，回寫成 C# 代碼之后跑起來是沒有任何問題的，為了方便理解，我先來畫一張流程圖。

通過上面的 xmind，它基本流程就是： stateMachine.builder.Start(ref stateMachine) ->  GetResult.MoveNext -> client.DownloadStringTaskAsync ->  localAwaiter.IsCompleted = false -> builder.AwaitUnsafeOnCompleted(ref  localAwaiter, ref stateMachine) -> GetResult.MoveNext ->  localAwaiter.GetResult() -> builder.SetResult(result)

2. 剖析 AsyncTaskMethodBuilder

其實你仔細觀察會發現，所謂的 await，async 的異步化運作都是由 AsyncTaskMethodBuilder  承載的，如異步任務的啟動，對html結果的封送，接觸底層IO，其中 Task對應著  AsyncTaskMethodBuilder, Task 對應著 AsyncTaskMethodBuilder， 這也是為什么編譯器在  async 處一直提示你返回 Task 和 Task，如果不這樣的話的就找不到對應 AsyncTaskMethodBuilder  了，對吧，如下圖：

然后著重看下 AwaitUnsafeOnCompleted 方法，這個方法非常重要，其注釋如下：

//         // Summary:         //     Schedules the state machine to proceed to the next action when the specified         //     awaiter completes. This method can be called from partially trusted code.         public void AwaitUnsafeOnCompleted<[NullableAttribute(0)] TAwaiter, [NullableAttribute(0)] TStateMachine>(ref TAwaiter awaiter, ref TStateMachine stateMachine)             where TAwaiter : ICriticalNotifyCompletion             where TStateMachine : IAsyncStateMachine;

一旦調用了這個方法，就需要等待 底層IO 將任務處理完畢之后二次回調 GetResult.MoveNext，也就表示要么異常要么完成任務， Awaiter  包裝的 Task 結果封送到 builder.SetResult。

然后簡單說一下 狀態機 的走法，通過調試會發現這里會走 兩次 MoveNext，一次啟動，一次拿結果。

<1> 第一次回調 MoveNext

第一次 MoveNext 的觸發由 stateMachine.builder.Start(ref stateMachine) 發起，可以用 dnspy  去調試一下，如下圖：

<2> 第二次回調 MoveNext

第二次 MoveNext 的觸發由 builder.AwaitUnsafeOnCompleted(ref localAwaiter, ref  stateMachine) 開始，可以看到一旦 網絡驅動程序 處理完畢后就由線程池IO線程主動發起到最后觸發代碼中的 MoveNext，最后就是到  awaiter 中獲取 task 的 result 處結束，如下圖：

到此，關于“如何理解Await與Async ”的學習就結束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實踐的搭配能更好的幫助大家學習，快去試試吧！若想繼續學習更多相關知識，請繼續關注億速云網站，小編會繼續努力為大家帶來更多實用的文章！