.NET 中 Async 方法的内部实现 [第一部分]

引言

本文探讨 await/async 功能的内部实现。它不涉及高级功能，而是旨在探索内部实现。如果您希望先熟悉整体功能，请参阅 Microsoft 的深入文章：https://msdn.microsoft.com/en-us/library/hh191443.aspx。

Microsoft 提供的示例图

自从此功能发布以来，我一直好奇它的内部实现，这促使我进行了调查，并撰写了本文。我的结论可能存在一些错误，欢迎以任何形式提供反馈（即使是对我的口头辱骂：P）。

大部分结论都是通过盯着 IL 代码数小时并试图理解它而得出的。我包含了 IL 代码，以便您可以仔细检查我的发现。

Async/Await 概述

Async 功能是在 C# 编译器和 .NET 框架基类库的帮助下实现的。运行时本身无需修改，尽管为了提高 async/await 的性能，可能进行了一些调整。简单来说，这意味着我们可以在早期版本的 .NET 中借助一些辅助类编写相同的功能，但它不提供向后兼容性。

Stub 方法

当您调用一个 async 方法时，首先返回的是它的 stub。例如，对于此方法

public async Task<string> GetStringAsync(string value)
{
    var result = value.ToUpper();
    await Task.Delay(1000);
    return result;
}

编译器生成以下代码（如果您非常好奇，请参阅文章末尾的 IL 文件）

public Task<string> GetStringAsync(string value) 
{
    AsyncClass.<GetStringAsync>d__0 <GetStringAsync>d__;
    <GetStringAsync>d__.<>4__this = this;
    <GetStringAsync>d__.value = value;
    <GetStringAsync>d__.<>t__builder = AsyncTaskMethodBuilder<string>.Create();
    <GetStringAsync>d__.<>1__state = -1;
    AsyncTaskMethodBuilder<string> <>t__builder = <GetStringAsync>d__.<>t__builder;
    <>t__builder.Start<AsyncClass.<GetStringAsync>d__0>(ref <GetStringAsync>d__);
    return <GetStringAsync>d__.<>t__builder.Task;
}

 

 

在这里，编译器初始化状态机 struct 的各种变量，所有魔术都在状态机中实现。Struct 是一个显而易见的选择，我们不想每次调用该方法时都在堆上创建一个对象，因为这会通过为 GC 创建更多工作来显着降低 async 方法的性能。

编译器使用不受支持的命名约定以确保没有冲突。但是，如果我们修复变量名，在实际实现方面并没有什么新内容，如果我们自己实现辅助类，该代码实际上可以在以前版本的 .NET Framework 中编译。

另一个有趣的观察是，关键字 async 不会影响从外部使用该方法的方式。这就是为什么您无法在接口方法定义中放置 async 关键字，并且允许您使用早期版本的 .NET 实现返回 Task, Task<T> 或 void 的方法。

还有一件事要记住，返回 void 的方法不能被 await。因此，即使您的方法不返回任何内容，也应该返回 Task，除非您正在编写一个 fire and forget 方法。另一个有趣的事情是，即使我们对字符串调用 ToUpper()，此实现并未包含在 stub 中。实际实现已移动到状态机。

AsyncClass.il