C#異步任務(wù)延續(xù)的三種底原理解析(最新推薦)

更新時(shí)間：2025年05月12日 09:09:32 作者：一線碼農(nóng)

這篇文章主要介紹了C#異步任務(wù)延續(xù)的三種底層玩法,本文通過(guò)實(shí)例代碼給大家介紹的非常詳細(xì),對(duì)大家的學(xué)習(xí)或工作具有一定的參考借鑒價(jià)值,需要的朋友參考下吧

一：背景

1. 講故事

最近聊了不少和異步相關(guān)的話題，有點(diǎn)疲倦了，今天再寫最后一篇作為近期這類話題的一個(gè)封筆吧，下篇繼續(xù)寫我熟悉的 生產(chǎn)故障 系列，突然親切感油然而生，哈哈，免費(fèi)給別人看程序故障，是一種積陰德陽(yáng)善的事情，欲知前世因，今生受者是。欲知來(lái)世果，今生做者是。

在任務(wù)延續(xù)方面，我個(gè)人的總結(jié)就是三類，分別為：

StateMachine
ContinueWith
Awaiter

話不多說(shuō)，我們逐個(gè)研究下底層是咋玩的？

二：異步任務(wù)延續(xù)的玩法

1. StateMachine

說(shuō)到狀態(tài)機(jī)大家再熟悉不過(guò)了，也是 async,await 的底層化身，很多人看到 async await 就想到了IO場(chǎng)景，其實(shí)IO場(chǎng)景和狀態(tài)機(jī)是兩個(gè)獨(dú)立的東西，狀態(tài)機(jī)是一種設(shè)計(jì)模式，把這個(gè)模式套在IO場(chǎng)景會(huì)讓代碼更加絲滑，僅此而已。為了方便講述，我們寫一個(gè) StateMachine 與 IO場(chǎng)景無(wú)關(guān)的一段測(cè)試代碼。

    internal class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            UseAwaitAsync();
            Console.ReadLine();
        }
        static async Task<string> UseAwaitAsync()
        {
            var html = await Task.Run(() =>
            {
                Thread.Sleep(1000);
                var response = "<html><h1>博客園</h1></html>";
                return response;
            });
            Console.WriteLine($"GetStringAsync 的結(jié)果：{html}");
            return html;
        }
    }

那這段代碼在底層是如何運(yùn)作的呢？剛才也說(shuō)到了asyncawait只是迷惑你的一種幻象，我們必須手握辟邪寶劍斬開幻象顯真身，這里借助 ilspy 截圖如下：

從卦中看，本質(zhì)上就是借助AsyncTaskMethodBuilder<string> 建造者將 awaiter 和 stateMachine 做了一個(gè)綁定，感興趣的朋友可以追一下 AwaitUnsafeOnCompleted() 方法，最后狀態(tài)機(jī) <UseAwaitAsync>d__1 實(shí)例會(huì)放入到 Task.Run 的 m_continuationObject 字段。如果有朋友對(duì)流程比較蒙的話，我畫了一張簡(jiǎn)圖。

圖和代碼都有了，接下來(lái)就是眼見為實(shí)。分別在 AddTaskContinuation 和 RunContinuations 方法中做好埋點(diǎn)，前者可以看到延續(xù)任務(wù) 是怎么加進(jìn)去的，后者可以看到延續(xù)任務(wù) 是怎么取出來(lái)的。

心細(xì)的朋友會(huì)發(fā)現(xiàn)這卦上有一個(gè)很特別的地方，就是 allowInlining=true，也就是回調(diào)函數(shù)（StateMachine）是在當(dāng)前線程上一擼到底的。

有些朋友可能要問(wèn)，能不能讓延續(xù)任務(wù) 跑在單獨(dú)線程上？可以是可以，但你得把 Task.Run 改成 Task.Factory.StartNew ，這樣就可以設(shè)置TaskCreationOptions參數(shù)，參考代碼如下：

    var html = await Task.Factory.StartNew(() =>{}, TaskCreationOptions.RunContinuationsAsynchronously);

2. ContinueWith

那些同處于被裁的35歲大齡程序員應(yīng)該知道Task是 framework 4.0 時(shí)代出來(lái)的，而async,await是4.5出來(lái)的，所以在這個(gè)過(guò)渡期中有大量的項(xiàng)目會(huì)使用ContinueWith 導(dǎo)致回調(diào)地獄。。。這里我們對(duì)比一下兩者有何不同，先寫一段參考代碼。

    internal class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            UseContinueWith();
            Console.ReadLine();
        }
        static Task<string> UseContinueWith()
        {
            var query = Task.Run(() =>
            {
                Thread.Sleep(1000);
                var response = "<html><h1>博客園</h1></html>";
                return response;
            }).ContinueWith(t =>
            {
                var html = t.Result;
                Console.WriteLine($"GetStringAsync 的結(jié)果：{html}");
                return html;
            });
            return query;
        }
    }

從卦代碼看確實(shí)沒(méi)有asyncawait簡(jiǎn)潔，那 ContinueWith 內(nèi)部做了什么呢？感興趣的朋友可以跟蹤一下，本質(zhì)上和 StateMachine 的玩法是一樣的，都是借助 m_continuationObject 來(lái)實(shí)現(xiàn)延續(xù)，畫個(gè)簡(jiǎn)圖如下：

代碼和模型圖都有了，接下來(lái)就是用 dnspy 開干了。。。還是在 AddTaskContinuation 和 RunContinuations 上埋伏斷點(diǎn)觀察。

從卦中可以看到，延續(xù)任務(wù)使用新線程來(lái)執(zhí)行的，并沒(méi)有一擼到底，這明顯與 asyncawait 的方式不同，有些朋友可能又要說(shuō)了，那如何實(shí)現(xiàn)和StateMachine一樣的呢？這就需要在 ContinueWith 中新增 ExecuteSynchronously 同步參數(shù)，參考如下：

    var query = Task.Run(() => { }).ContinueWith(t =>
    {
    }, TaskContinuationOptions.ExecuteSynchronously);

3. Awaiter

使用Awaiter做任務(wù)延續(xù)的朋友可能相對(duì)少一點(diǎn)，它更多的是和 StateMachine 打配合，當(dāng)然單獨(dú)使用也可以，但沒(méi)有前兩者靈活，它更適合那些不帶返回值的任務(wù)延續(xù),本質(zhì)上也是借助 m_continuationObject 字段實(shí)現(xiàn)的一套底層玩法，話不多說(shuō)，上一段代碼：

        static Task<string> UseAwaiter()
        {
            var awaiter = Task.Run(() =>
            {
                Thread.Sleep(1000);
                var response = "<html><h1>博客園</h1></html>";
                return response;
            }).GetAwaiter();
            awaiter.OnCompleted(() =>
            {
                var html = awaiter.GetResult();
                Console.WriteLine($"UseAwaiter 的結(jié)果：{html}");
            });
            return Task.FromResult(string.Empty);
        }

前面兩種我配了圖，這里沒(méi)有理由不配了，哈哈，模型圖如下：

接下來(lái)把程序運(yùn)行起來(lái)，觀察截圖：

從卦中觀察，它和StateMachine一樣，默認(rèn)都是一擼到底的方式。

三：RunContinuations 觀察

這一小節(jié)我們單獨(dú)說(shuō)一下 RunContinuations 方法，因?yàn)檫@里的實(shí)現(xiàn)太精妙了，不幸的是Dnspy和ILSpy反編譯出來(lái)的代碼太狗血，原汁原味的簡(jiǎn)化后代碼如下：

    private void RunContinuations(object continuationObject) // separated out of FinishContinuations to enable it to be inlined
    {
        bool canInlineContinuations =
            (m_stateFlags & (int)TaskCreationOptions.RunContinuationsAsynchronously) == 0 &&
            RuntimeHelpers.TryEnsureSufficientExecutionStack();
        switch (continuationObject)
        {
            // Handle the single IAsyncStateMachineBox case.  This could be handled as part of the ITaskCompletionAction
            // but we want to ensure that inlining is properly handled in the face of schedulers, so its behavior
            // needs to be customized ala raw Actions.  This is also the most important case, as it represents the
            // most common form of continuation, so we check it first.
            case IAsyncStateMachineBox stateMachineBox:
                AwaitTaskContinuation.RunOrScheduleAction(stateMachineBox, canInlineContinuations);
                LogFinishCompletionNotification();
                return;
            // Handle the single Action case.
            case Action action:
                AwaitTaskContinuation.RunOrScheduleAction(action, canInlineContinuations);
                LogFinishCompletionNotification();
                return;
            // Handle the single TaskContinuation case.
            case TaskContinuation tc:
                tc.Run(this, canInlineContinuations);
                LogFinishCompletionNotification();
                return;
            // Handle the single ITaskCompletionAction case.
            case ITaskCompletionAction completionAction:
                RunOrQueueCompletionAction(completionAction, canInlineContinuations);
                LogFinishCompletionNotification();
                return;
        }
    }

卦中的 case 挺有意思的，除了本篇聊過(guò)的 TaskContinuation 和 IAsyncStateMachineBox 之外，還有另外兩種 continuationObject，這里說(shuō)一下 ITaskCompletionAction 是怎么回事，其實(shí)它是 Task.Result 的底層延續(xù)類型，所以大家應(yīng)該能理解為什么 Task.Result 能喚醒，主要是得益于Task.m_continuationObject =completionAction 所致。

說(shuō)了這么說(shuō)，如何眼見為實(shí)呢？可以從源碼中尋找答案。

        private bool SpinThenBlockingWait(int millisecondsTimeout, CancellationToken cancellationToken)
        {
            var mres = new SetOnInvokeMres();
            AddCompletionAction(mres, addBeforeOthers: true);
            var returnValue = mres.Wait(Timeout.Infinite, cancellationToken);
        }
        private sealed class SetOnInvokeMres : ManualResetEventSlim, ITaskCompletionAction
        {
            internal SetOnInvokeMres() : base(false, 0) { }
            public void Invoke(Task completingTask) { Set(); }
            public bool InvokeMayRunArbitraryCode => false;
        }

從卦中可以看到，其實(shí)就是把 ITaskCompletionAction 接口的實(shí)現(xiàn)類 SetOnInvokeMres 塞入了 Task.m_continuationObject 中，一旦Task執(zhí)行完畢之后就會(huì)調(diào)用 Invoke() 下的 Set() 來(lái)實(shí)現(xiàn)事件喚醒。

四：總結(jié)

雖然異步任務(wù)延續(xù)有三種實(shí)現(xiàn)方法，但底層都是一個(gè)套路，即借助 Task.m_continuationObject 字段玩出的各種花樣，當(dāng)然他們也是有一些區(qū)別的，即對(duì) m_continuationObject 任務(wù)是否用單獨(dú)的線程調(diào)度，產(chǎn)生了不同的意見分歧。

到此這篇關(guān)于C#異步任務(wù)延續(xù)的三種底層玩法的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C#異步任務(wù)延續(xù)內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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