考虑到直接讲实现一个类Task库思维有点跳跃,所以本节主要讲解Async/Await的本质作用(解决了什么问题),以及Async/Await的工作原理。实现一个类Task的库则放在后面讲。首先回顾一下上篇博客的场景。
class Program{public static string GetMessage(){return Console.ReadLine();}public static string TranslateMessage(string msg){return msg;}public static void DispatherMessage(string msg){switch (msg){case \"MOUSE_MOVE\":{OnMOUSE_MOVE(msg);break;}case \"MOUSE_DOWN\":{OnMouse_DOWN(msg);break;}default:break;}}public static void OnMOUSE_MOVE(string msg){Console.WriteLine(\"开始绘制鼠标形状\");}public static int Http(){Thread.Sleep(1000);//模拟网络IO延时return 1;}public static void HttpAsync(Action<int> action,Action error){//这里我们用另一个线程来实现异步IO,由于Http方法内部是通过Sleep来模拟网络IO延时的,这里也只能通过另一个线程来实现异步IO//但记住,多线程是实现异步IO的一个手段而已,它不是必须的,后面会讲到如何通过一个线程来实现异步IO。Thread thread = new Thread(() =>{try{int res = Http();action(res);}catch{error();}});thread.Start();}public static Task<int> HttpAsync(){return Task.Run(() =>{return Http();});}public static void OnMouse_DOWN(string msg){HttpAsync().ContinueWith(t =>{if(t.Status == TaskStatus.Faulted){}else if(t.Status == TaskStatus.RanToCompletion){Console.WriteLine(1);//做一些工作}}).ContinueWith(t =>{if (t.Status == TaskStatus.Faulted){}else if (t.Status == TaskStatus.RanToCompletion){Console.WriteLine(2);//做一些工作}}).ContinueWith(t =>{if (t.Status == TaskStatus.Faulted){}else if (t.Status == TaskStatus.RanToCompletion){Console.WriteLine(3);//做一些工作}});}static void Main(string[] args){while (true){string msg = GetMessage();if (msg == \"quit\") return;ad8string m = TranslateMessage(msg);DispatherMessage(m);}}}
在OnMouse_DOWN这个处理函数中,我们使用Task的ContinueWith函数进行链式操作,解决了回调地狱问题,但是总感觉有点那么不爽,我们假想有个关键字await它能实现以下作用:首先await必须是Task类型,必须是Task类型的(其实不是必要条件,后面会讲到)原因是保证必须有ContinueWith这个函数,如果Task没有返回值,则把await后面的代码放到Task中的ContinueWith函数体内,如果有返回值,则把Await后的结果转化为访问Task.Result属性,文字说的可能不明白,看下示例代码
//无返回值转换前public async void Example(){Task t = Task.Run(() =>{Thread.Sleep(1000);});await t;//做一些工作}//无返回值转换后public void Example(){Task t = Task.Run(() =>{Thread.Sleep(1000);});t.ContinueWith(task =>{//做一些工作});}//有返回值转换前public async void Example(){Task<int> t = Task.Run<int>(() =>{Thread.Sleep(1000);return 1;});int res = await t;//使用res做一些工作}//有返回值转换后public void Example(){Task<int> t = Task.Run<int>(() =>{Thread.Sleep(1000);return 1;});t.ContinueWith(task =>{//使用task.Result做一些工作});}
看起来不错,但至少有以下问题,如下:
- 该种转换方法不能很好的转换Try/Catch结构
- 在循环结构中使用await不好转换
- 该实现与Task类型紧密联系
一二点是我自己认为的,但第三点是可以从扩展async/await这点被证明的。但无论怎样,async/await只是对方法按照一定的规则进行了变换而已,它并没有什么特别之处,具体来讲,就是把Await后面要执行的代码放到一个类似ContinueWith的函数中,在C#中,它是以状态机的形式表现的,每个状态都对应一部分代码,状态机有一个MoveNext()方法,MoveNext()根据不同的状态执行不同的代码,然后每个状态部分对应的代码都会设置下一个状态字段,然后把自身的MoveNext()方法放到类似ContinueWith()的函数中去执行,整个状态机由回调函数推动。我们尝试手动转换以下async/await方法。
public static Task WorkAsync(){return Task.Run(() =>{Thread.Sleep(1000);Console.WriteLine(\"Done!\");ad8});}public static async void Test(){Console.WriteLine(\"步骤1\");await WorkAsync();Console.WriteLine(\"步骤2\");await WorkAsync();Console.WriteLine(\"步骤3\");}
手动写一个简单的状态机类
public class TestAsyncStateMachine{public int _state = 0;public void Start() => MoveNext();public void MoveNext(){switch(_state){case 0:{goto Step0;}case 1:{goto Step1;}default:{Console.WriteLine(\"步骤3\");return;}}Step0:{Console.WriteLine(\"步骤1\");_state = 1;WorkAsync().ContinueWith(t => this.MoveNext());return;}Step1:{_state = -1;Console.WriteLine(\"步骤2\");WorkAsync().ContinueWith(t => this.MoveNext());return;}}}
而Test()方法则变成了这样
public static void Test(){new TestAsyncStateMachine().Start();}
注意Test()方法返回的是void,这意味这调用方将不能await Test()。如果返回Task,这个状态机类是不能正确处理的,如果要正确处理,那么状态机在Start()启动后,必须返回一个Task,而这个Task在整个状态机流转完毕后要变成完成状态,以便调用方在该Task上调用的ContinueWith得以继续执行,而就Task这个类而言,它是没有提供这种方法来主动控制Task的状态的,这个与JS中的Promise不同,JS里面用Reslove函数来主动控制Promise的状态,并导致在该Promise上面的Then链式调用得以继续完成,而在C#里面怎么做呢?既然使用了状态机来实现async/await,那么在转换一个返回Task的函数时肯定会遇到,怎么处理?后面讲。
首先解决一下与Task类型紧密联系这个问题。
从状态机中可以看到,主要使用到了Task中的ContinueWith这个函数,它的语义是在任务完成后,执行回调函数,通过回调函数拿到结果,这个编程风格也叫做CPS(Continuation-Passing-Style, 续体传递风格),那么我们能不能把这个函数给抽象出来呢?语言开发者当然想到了,它被抽象成了一个Awaiter因此编译器要求await的类型必须要ad0有GetAwaiter方法,什么样的类型才是Awaiter呢?编译器规定主要实现了如下几个方法的类型就是Awaiter:
- 必须继承INotifyCompletion接口,并实现其中的OnCompleted(Action continuation)方法
- 必须包含IsCompleted属性
- 必须包含GetResult()方法
第一点好理解,第二点的作用是热路径优化,第三点以后讲。我们再改造一下我们手动写的状态机。
public class TestAsyncStateMachine{public int _state = 0;public void Start() => MoveNext();public void MoveNext(){switch(_state){case 0:{goto Step0;}case 1:{goto Step1;}default:{Console.WriteLine(\"步骤3\");return;}}Step0:{Console.WriteLine(\"步骤1\");_state = 1;TaskAwaiter taskAwaiter;taskAwaiter = WorkAsync().GetAwaiter();if (taskAwaiter.IsCompleted) goto Step1;taskAwaiter.OnCompleted(() => this.MoveNext());return;}Step1:{_state = -1;Console.WriteLine(\"步骤2\");TaskAwaiter taskAwaiter;taskAwaiter = WorkAsync().GetAwaiter();if (taskAwaiter.IsCompleted) MoveNext();taskAwaiter.OnCompleted(() => this.MoveNext());return;}}}
可以看到去掉了与Task中ContinueWith的耦合关系,并且如果任务已经完成,则可以直接执行下个任务,避免了无用的开销。
因此我们可以总结一下async/await:
- async/await只是表示这个方法需要编译器进行特殊处理,并不代表它本身一定是异步的。
- Task类中的GetAwaiter主要是给编译器用的。
第一点我们可以用以下例子来证明,有兴趣的朋友可以自己去验证以下,以便加深理解。
//该类型包含GetAwaiter方法,且GetAwaiter()返回的类型包含三个必要条件public class MyAwaiter : INotifyCompletion{public void OnCompleted(Action continuation){continuation();}public bool IsCompleted { get; }public void GetResult(){}public MyAwaiter GetAwaiter() => new MyAwaiter();}
一个测试函数,注意必须返回void
public static async void AwaiterTest(){await1176new MyAwaiter();Console.WriteLine(\"Done\");}
可以看到这是完全同步进行的。
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