C#异步编程由浅入深(三)细说Awaiter

上一篇末尾提到了Awaiter这个类型,上一篇说了,能await的对象,必须包含GetAwaiter()方法,不清楚的朋友可以看上篇文章。那么,Awaiter到底有什么特别之处呢?
首先,从上篇文章我们知道,一个Awaiter必须实现INotifyCompletion接口,这个接口定义如下:

namespace System.Runtime.CompilerServices { /// <summary> /// Represents an operation that will schedule continuations when the operation completes. /// </summary> public interface INotifyCompletion { /// <summary>Schedules the continuation action to be invoked when the instance completes.</summary> /// <param name="continuation">The action to invoke when the operation completes.</param> /// <exception cref="System.ArgumentNullException">The <paramref name="continuation"/> argument is null (Nothing in Visual Basic).</exception> void OnCompleted(Action continuation); } } 

除此之外还必须包含IsCompleted属性和包含GetResult()方法。
注意OnCompleted的参数是一个Action委托,并且不出意外的话,委托里面总会有一个地方调用一个MoveNext()方法,它推动状态机到达下一个状态,然后执行下一个状态需要执行的代码。
那么,知道这个有什么用呢?第一,它是你充分了解async/await这套机制的基础,包括与之相关的同步上下文、执行上下文、死锁问题等,第二,它可以实现一些特殊的功能。
从上一篇我们知道,OnCompleted中的contination的主要目的是推动状态机的执行,也就是推动异步方法中await后面部分的代码执行。从这里看出,continuation的执行是受我们控制的,因此我们可以直接执行它,或是等待某个条件成熟然后执行它,我们可以把它放到线程池执行,也可以单独起一个线程执行。譬如,我们可以让await后面部分的代码直接在线程池上执行。

public static async Task AwaiterTest() { Console.WriteLine($"是否是线程池线程?{Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread}"); await default (SkipToThreadPoolAwaiter); Console.WriteLine($"是否是线程池线程?{Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread}"); } static void Main(string[] args) { _ = AwaiterTest(); Console.ReadLine(); } public struct SkipToThreadPoolAwaiter : INotifyCompletion { public bool IsCompleted => false; public void GetResult() { Console.WriteLine("调用GetResult以获取结果"); } public void OnCompleted(Action continuation) { Console.WriteLine("调用OnCompleted,把Await后面部分要执行的代码传递过来(传递MoveNext,以推动状态机流转)"); ThreadPool.QueueUserWorkItem(state => { Console.WriteLine("开始执行Await后面部分的代码"); continuation(); Console.WriteLine("后面部分的代码执行完毕"); }); Console.WriteLine("返回调用线程"); } public SkipToThreadPoolAwaiter GetAwaiter() { Console.WriteLine("获得Awaiter"); return this; } } 

这是一个控制台程序,输出结果如下。

是否是线程池线程?False 获得Awaiter 调用OnCompleted,把Await后面部分要执行的代码传递过来(传递MoveNext,以推动状态机流转) 返回调用线程 开始执行Await后面部分的代码 调用GetResult以获取结果 是否是线程池线程?True 后面部分的代码执行完毕 

特别注意一下,第五步说明可能有点疑惑,怎么第六步不是打印是否是线程池线程?原因是部分awaiter是有返回值的,在执行await后面部分的代码时,会首先调用GetResult()以获取结果。这对编译器改造异步方法来说是一个固定的模式(上篇文章没有体现这一步)。
把Awaiter改成有返回值尝试。

public static async Task AwaiterTest() { Console.WriteLine($"是否是线程池线程?{Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread}"); var res = await default (SkipToThreadPoolAwaiter); Console.WriteLine($"结果是{res}"); Console.WriteLine($"是否是线程池线程?{Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread}"); } static void Main(string[] args) { _ = AwaiterTest(); Console.ReadLine(); } public struct SkipToThreadPoolAwaiter : INotifyCompletion { public bool IsCompleted => false; public int GetResult() { Console.WriteLine("调用GetResult以获取结果"); return 1; } public void OnCompleted(Action continuation) { Console.WriteLine("调用OnCompleted,把Await后面部分要执行的代码传递过来(传递MoveNext,以推动状态机流转)"); ThreadPool.QueueUserWorkItem(state => { Console.WriteLine("开始执行Await后面部分的代码"); continuation(); Console.WriteLine("后面部分的代码执行完毕"); }); Console.WriteLine("返回调用线程"); } public SkipToThreadPoolAwaiter GetAwaiter() { Console.WriteLine("获得Awaiter"); return this; } } 

输出如下

是否是线程池线程?False 获得Awaiter 调用OnCompleted,把Await后面部分要执行的代码传递过来(传递MoveNext,以推动状态机流转) 返回调用线程 开始执行Await后面部分的代码 调用GetResult以获取结果 结果是1 是否是线程池线程?True 后面部分的代码执行完毕 

对照前面的文章来看,相信你应该有所得,能解决你部分的疑惑。前面说到,我们可以控制continuation的执行,那如果当前线程有同步上下文(SychronizationContext),我们是不是可以放到同步上下文中执行?TaskAwaiter是会这么做的,如果你不想它使用同步上下文,你可以在Task实例上调用ConfigureAwait(false),它表面后面部分的代码将不会使用同步上下文执行。
另外说一下Task.Yield()这个Awaiter,他的行为是捕捉同步上下文,如果有,则会放到同步上下文中执行,如果没有,则会放到线程池中执行。在窗体程序中,有时候你打开一个模态对话框,会导致主窗体部分的动画没有反应,在模态对话框关闭之后,才会反应。原因是模态对话框阻塞了主窗体的消息循环,也就是阻塞了主线程,如果想让动画先完成,然后再打开模态对话框,则可以在打开模态对话框之前,Await Task.Yield(),这也对应了它的意思,让渡之意。
后面文章还会说明同步上下文具体是什么、异步代码中使用同步代码会导致死锁的本质原因、如何实现类似Task的类,并且怎么与Async/await这套机制搭配使用等知识。
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