研究c#異步操作async await狀態機的總結

前言

前一段時間得閒的時候優化了一下我之前的輪子[DotNetCoreRpc]小框架，其中主要的優化點主要是關於RPC異步契約調用的相關邏輯。在此過程中進一步瞭解了關於async和await異步操作相關的知識點，加深了異步操作的理解，因此總結一下。關於async和await每個人都有自己的理解，甚至關於異步和同步亦或者關於異步和多線程每個人也都有自己的理解。因此，如果本文涉及到個人觀點與您的觀點不一致的時候請勿噴。結論固然重要，但是在這個過程中的引發的思考也很重要。

async await是語法糖

大家應該都比較清楚async和await這對關鍵字是一組語法糖，關於語法糖大家可以理解爲，編碼過程中寫了一個關鍵字，但是編譯的時候會把它編譯成別的東西，主要是用來提升開發效率。比如我有一段關於async和await相關的代碼，如下所示

var taskOne = await TaskOne();
Console.WriteLine(taskOne);

Console.ReadLine();
   
static async Task<string> TaskOne()
{
    var httpResponse = await ClassFactory.Client.GetAsync("https://www.cnblogs.com");
    var content = await httpResponse.Content.ReadAsStringAsync();
    return content;
}

public class ClassFactory
{
    public static HttpClient Client = new HttpClient();
}

這段代碼是基於c#頂級語句聲明的，它是缺省Main方法的，不過在編譯的時候編譯器會幫我們補齊Main方法，因爲執行的時候JIT需要Main方法作爲執行入口。關於如何查看編譯後的代碼。我經常使用的是兩個工具，分別是ILSpy和dnSpy。這倆工具的區別在於ILSpy生成的代碼更清晰，dnSpy生成的源碼是可以直接調試的。需要注意的是如果使用的是ILSpy如果查看語法糖本質的話，需要在ILSpy上選擇比語法糖版本低的版本，比如c# async和await關鍵字是在c# 5.0版本中引入的，所以我們這裏我們在ILSpy裏需要選擇c#4.0或以下版本，入下圖所示如果使用的是dnSpy的話，需要在調試-->選項-->反編譯器中設置相關選項，如下所示這樣就可以看到編譯後生成的代碼了。

生成的狀態機

圍繞上面的示例我這裏使用的Debug模式下編譯生成的dll使用的ILSpy進行反編譯，因爲這裏我需要讓編譯的源碼看起來更清晰一點，而不是調試。如下所示首先看Main方法

//因爲我們上面代碼var taskOne = await TaskOne()
//使用了await語法糖，所以被替換成了狀態機調用
[AsyncStateMachine(typeof(<<Main>$>d__0))]
[DebuggerStepThrough]
private static Task <Main>$(string[] args)
{
	//創建狀態機實例
	<<Main>$>d__0 stateMachine = new <<Main>$>d__0();
	stateMachine.<>t__builder = AsyncTaskMethodBuilder.Create();
	stateMachine.args = args;
	//設置狀態-1
	stateMachine.<>1__state = -1;
	//啓動狀態機
	stateMachine.<>t__builder.Start(ref stateMachine);
	return stateMachine.<>t__builder.Task;
}

//這是系統默認幫我們生成的static void Main的入口方法
[SpecialName]
[DebuggerStepThrough]
private static void <Main>(string[] args)
{
	//同步調用<Main>$方法
	<Main>$(args).GetAwaiter().GetResult();
}

上面的代碼就是編譯器爲我們生成的Main方法，通過這裏我們可以得到兩條信息

頂級語句編譯器會幫我們生成固定的入口函數格式，即static void Main這種標準格式
編譯器遇到await關鍵字則會編譯出一段狀態機相關的代碼，把我們的邏輯放到編譯的狀態機類裏

通過上面我們可以看到<<Main>$>d__0 這個類是編譯器幫我們生成的，我們可以看一下生成的代碼

[CompilerGenerated]
private sealed class <<Main>$>d__0 : IAsyncStateMachine
{
	public int <>1__state;
	public AsyncTaskMethodBuilder <>t__builder;
	public string[] args;
	private string <taskOne>5__1;
	private string <>s__2;

	[System.Runtime.CompilerServices.Nullable(new byte[] { 0, 1 })]
	private TaskAwaiter<string> <>u__1;

	private void MoveNext()
	{
		int num = <>1__state;
		try
		{
			TaskAwaiter<string> awaiter;
			//num的值來自<>1__state，由於在創建狀態機的時候傳遞的是-1所以一定會走到這個邏輯
			if (num != 0)
			{
				//調用TaskOne方法，也就是上面我們寫的業務方法
				//這個方法返回的是TaskAwaiter<>實例，以爲我們TaskOne方法是異步方法
				awaiter = <<Main>$>g__TaskOne|0_0().GetAwaiter();
				//判斷任務是否執行完成
				if (!awaiter.IsCompleted)
				{
					num = (<>1__state = 0);
					<>u__1 = awaiter;
					<<Main>$>d__0 stateMachine = this;
					<>t__builder.AwaitUnsafeOnCompleted(ref awaiter, ref stateMachine);
					return;
				}
			}
			else
			{
				awaiter = <>u__1;
				<>u__1 = default(TaskAwaiter<string>);
				num = (<>1__state = -1);
			}
			//調用GetResult()方法獲取異步執行結果
			<>s__2 = awaiter.GetResult();
			<taskOne>5__1 = <>s__2;
			<>s__2 = null;
			//這裏對應我們上面的輸出調用TaskOne方法的結果
			Console.WriteLine(<taskOne>5__1);
			Console.ReadLine();
		}
		catch (Exception exception)
		{
			<>1__state = -2;
			<taskOne>5__1 = null;
			<>t__builder.SetException(exception);
			return;
		}
		<>1__state = -2;
		<taskOne>5__1 = null;
		<>t__builder.SetResult();
	}

	void IAsyncStateMachine.MoveNext()
	{
		this.MoveNext();
	}

	[DebuggerHidden]
	private void SetStateMachine([System.Runtime.CompilerServices.Nullable(1)] IAsyncStateMachine stateMachine)
	{
	}

	void IAsyncStateMachine.SetStateMachine([System.Runtime.CompilerServices.Nullable(1)] IAsyncStateMachine stateMachine)
	{
		this.SetStateMachine(stateMachine);
	}
}

這裏的代碼可以看到編譯器生成的代碼，其實這就是對應上面我們寫的代碼

var taskOne = await TaskOne();
Console.WriteLine(taskOne);
Console.ReadLine();

因爲我們使用了await關鍵字，所以它幫我們生成了IAsyncStateMachine類，裏面的核心邏輯咱們待會在介紹，因爲今天的主題TaskOne方法還沒介紹完成呢，TaskOne生成的代碼如下所示

//TaskOne方法編譯時生成的代碼
[CompilerGenerated]
private sealed class <<<Main>$>g__TaskOne|0_0>d : IAsyncStateMachine
{
	public int <>1__state;
	public AsyncTaskMethodBuilder<string> <>t__builder;
	private HttpResponseMessage <httpResponse>5__1;
	private string <content>5__2;
	private HttpResponseMessage <>s__3;
	private string <>s__4;

	[System.Runtime.CompilerServices.Nullable(new byte[] { 0, 1 })]
	private TaskAwaiter<HttpResponseMessage> <>u__1;

	[System.Runtime.CompilerServices.Nullable(new byte[] { 0, 1 })]
	private TaskAwaiter<string> <>u__2;

	private void MoveNext()
	{
		int num = <>1__state;
		string result;
		try
		{
			//因爲我們使用了兩次await所以這裏會有兩個TaskAwaiter<>實例
			//var httpResponse = await ClassFactory.Client.GetAsync("https://www.cnblogs.com");
                        //var content = await httpResponse.Content.ReadAsStringAsync();
			TaskAwaiter<string> awaiter;
			TaskAwaiter<HttpResponseMessage> awaiter2;
			if (num != 0)
			{
				if (num == 1)
				{
					awaiter = <>u__2;
					<>u__2 = default(TaskAwaiter<string>);
					num = (<>1__state = -1);
					goto IL_0100;
				}
				//這段邏輯針對的是我們手寫的這段代碼
				//await ClassFactory.Client.GetAsync("https://www.cnblogs.com")
				awaiter2 = ClassFactory.Client.GetAsync("https://www.cnblogs.com").GetAwaiter();
                                //判斷任務是否完成
				if (!awaiter2.IsCompleted)
				{
					num = (<>1__state = 0);
					<>u__1 = awaiter2;
					<<<Main>$>g__TaskOne|0_0>d stateMachine = this;
					<>t__builder.AwaitUnsafeOnCompleted(ref awaiter2, ref stateMachine);
					return;
				}
			}
			else
			{
				awaiter2 = <>u__1;
				<>u__1 = default(TaskAwaiter<HttpResponseMessage>);
				num = (<>1__state = -1);
			}
			//同步獲取HttpResponseMessage結果實例
			<>s__3 = awaiter2.GetResult();
			<httpResponse>5__1 = <>s__3;
			<>s__3 = null;
			//這段代碼對應生成的則是await httpResponse.Content.ReadAsStringAsync()
			awaiter = <httpResponse>5__1.Content.ReadAsStringAsync().GetAwaiter();
			if (!awaiter.IsCompleted)
			{
				num = (<>1__state = 1);
				<>u__2 = awaiter;
				<<<Main>$>g__TaskOne|0_0>d stateMachine = this;
				<>t__builder.AwaitUnsafeOnCompleted(ref awaiter, ref stateMachine);
				return;
			}
			goto IL_0100;
			IL_0100:
			//同步獲取httpResponse.Content.ReadAsStringAsync()放的結果
			<>s__4 = awaiter.GetResult();
			<content>5__2 = <>s__4;
			<>s__4 = null;
			result = <content>5__2;
		}
		catch (Exception exception)
		{
			<>1__state = -2;
			<httpResponse>5__1 = null;
			<content>5__2 = null;
			<>t__builder.SetException(exception);
			return;
		}
		<>1__state = -2;
		<httpResponse>5__1 = null;
		<content>5__2 = null;
		//調用AsyncTaskMethodBuilder<>方法放置httpResponse.Content.ReadAsStringAsync()結果
		<>t__builder.SetResult(result);
	}

	void IAsyncStateMachine.MoveNext()
	{
		this.MoveNext();
	}

	[DebuggerHidden]
	private void SetStateMachine([System.Runtime.CompilerServices.Nullable(1)] IAsyncStateMachine stateMachine)
	{
	}

	void IAsyncStateMachine.SetStateMachine([System.Runtime.CompilerServices.Nullable(1)] IAsyncStateMachine stateMachine)
	{
		this.SetStateMachine(stateMachine);
	}
}

到這裏爲止，這些方法就是編譯器幫我們生成的代碼，也就是這些代碼就在生成好的dll裏的。

啓動狀態機

接下來我們分析一下狀態機的調用過程，回到上面的stateMachine.<>t__builder.Start(ref stateMachine)這段狀態機啓動代碼，我們跟進去看一下里面的邏輯

[MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
[DebuggerStepThrough]
public void Start<[Nullable(0)] TStateMachine>(ref TStateMachine stateMachine) where TStateMachine : IAsyncStateMachine
{
	//調用了AsyncMethodBuilderCore的Start方法並傳遞狀態機實例
	//即<<Main>$>d__0 stateMachine = new <<Main>$>d__0()實例
	AsyncMethodBuilderCore.Start(ref stateMachine);
}

//AsyncMethodBuilderCore的Start方法
[DebuggerStepThrough]
public static void Start<TStateMachine>(ref TStateMachine stateMachine) where TStateMachine : IAsyncStateMachine
{
	if (stateMachine == null)
	{
		ThrowHelper.ThrowArgumentNullException(ExceptionArgument.stateMachine);
	}
	//獲取當前線程實例
	Thread currentThread = Thread.CurrentThread;
	//獲取當前執行上下文
	ExecutionContext executionContext = currentThread._executionContext;
	//獲取當前同步上下文
	SynchronizationContext synchronizationContext = currentThread._synchronizationContext;
	try
	{
		//調用狀態機的MoveNext方法
		stateMachine.MoveNext();
	}
	finally
	{
		//執行完MoveNext之後
		//還原SynchronizationContext同步上下文到當前實例
		if (synchronizationContext != currentThread._synchronizationContext)
		{
			currentThread._synchronizationContext = synchronizationContext;
		}
		//還原ExecutionContext執行上下文到當前實例
		ExecutionContext executionContext2 = currentThread._executionContext;
		if (executionContext != executionContext2)
		{
                        //執行完成之後把執行上下文裝載到當前線程
			ExecutionContext.RestoreChangedContextToThread(currentThread, executionContext, executionContext2);
		}
	}
}

執行完異步任務之後，會判斷SynchronizationContext同步上下文環境和ExecutionContext執行上下文環境，保證異步異步之後的可以操作UI線程上的控件，或者異步的後續操作和之前的操作處在相同的執行上線文中。

題外話：ExecutionContext 是一個用於傳遞狀態和環境信息的類，它可以在不同的執行上下文之間傳遞狀態。執行上下文表示代碼執行的環境，包括線程、應用程序域、安全上下文和調用上下文等。ExecutionContext 對象包含當前線程上下文的所有信息，如當前線程的安全上下文、邏輯執行上下文、同步上下文和物理執行上下文等。它提供了方法，可以將當前的執行上下文複製到另一個線程中，或者在異步操作之間保存和還原執行上下文。在異步編程中，使用 ExecutionContext 可以確保代碼在正確的上下文中運行，並且傳遞必要的狀態和環境信息。

SynchronizationContext 是一個用於同步執行上下文和處理 UI 線程消息循環的抽象類。它可以將回調方法派發到正確的線程中執行，避免了跨線程訪問的問題，並提高了應用程序的響應性和可靠性。在異步編程中，可以使用 SynchronizationContext.Current 屬性獲取當前線程的同步上下文，並使用同步上下文的 Post 或 Send 方法將回調方法派發到正確的線程中執行。

由於調用stateMachine.<>t__builder.Start(ref stateMachine)傳遞的是new <<Main>$>d__0()實例，所以這裏核心就是在調用生成的狀態機IAsyncStateMachine實例，即我們上面的<<Main>$>d__0類的MoveNext()方法

void IAsyncStateMachine.MoveNext()
{
	this.MoveNext();
}

由上面的代碼可知，本質是調用的私有的MoveNext()方法，即會執行我們真實邏輯的那個方法。由於編譯器生成的狀態機代碼的邏輯是大致相同的，所以我們直接來看，我們業務具體落實的代碼即<<<Main>$>g__TaskOne|0_0>d狀態機類裏的，私有的那個MoveNext方法代碼

AsyncTaskMethodBuilder<string> <>t__builder;
TaskAwaiter<HttpResponseMessage> awaiter2;
if (num != 0)
{
	if (num == 1)
	{}

        //ClassFactory.Client.GetAsyn()方法生成的邏輯
	awaiter2 = ClassFactory.Client.GetAsync("https://www.cnblogs.com").GetAwaiter();
	if (!awaiter2.IsCompleted)
	{
		num = (<>1__state = 0);
		<>u__1 = awaiter2;
		<<<Main>$>g__TaskOne|0_0>d stateMachine = this;
		<>t__builder.AwaitUnsafeOnCompleted(ref awaiter2, ref stateMachine);
		return;
	}
	//同步獲取異步結果
	<>s__4 = awaiter.GetResult();
}
else
{}

TaskAwaiter<string> awaiter;
//httpResponse.Content.ReadAsStringAsync()方法生成的邏輯
awaiter = <httpResponse>5__1.Content.ReadAsStringAsync().GetAwaiter();
//判斷任務是否完成
if (!awaiter.IsCompleted)
{
	num = (<>1__state = 1);
	<>u__2 = awaiter;
	<<<Main>$>g__TaskOne|0_0>d stateMachine = this;
	<>t__builder.AwaitUnsafeOnCompleted(ref awaiter, ref stateMachine);
	return;
}
//同步獲取異步結果，並將返回值裝載
result= awaiter.GetResult();
<>t__builder.SetResult(result);

當然這裏我們省了裏面的很多邏輯，爲了讓結構看起來更清晰一點。
通過上面的它生成的結構來看，我們寫代碼的時候一個方法裏的每個await都會被生成一個TaskAwaiter邏輯，根據當前異步狀態IsCompleted判斷任務是否完成，來執行下一步操作。如果任務未完成IsCompleted爲false則調用AsyncTaskMethodBuilder實例的AwaitUnsafeOnCompleted方法，如果異步已完成則直接獲取異步結果，進行下一步。

執行異步任務

通過上面的邏輯我們可以看到，如果異步任務沒有完成則調用了AsyncTaskMethodBuilder實例的AwaitUnsafeOnCompleted方法。接下來我們就看下AwaitUnsafeOnCompleted方法的實現

public void AwaitUnsafeOnCompleted<[Nullable(0)] TAwaiter, [Nullable(0)] TStateMachine>(ref TAwaiter awaiter, ref TStateMachine stateMachine) where TAwaiter : ICriticalNotifyCompletion where TStateMachine : IAsyncStateMachine
{
	//調用AwaitUnsafeOnCompleted方法
	AwaitUnsafeOnCompleted(ref awaiter, ref stateMachine, ref m_task);
}

internal static void AwaitUnsafeOnCompleted<TAwaiter, TStateMachine>(ref TAwaiter awaiter, ref TStateMachine stateMachine, [NotNull] ref Task<TResult> taskField) where TAwaiter : ICriticalNotifyCompletion where TStateMachine : IAsyncStateMachine
{
	//創建IAsyncStateMachineBox實例
	IAsyncStateMachineBox stateMachineBox = GetStateMachineBox(ref stateMachine, ref taskField);
	//調用AwaitUnsafeOnCompleted()方法
	AwaitUnsafeOnCompleted(ref awaiter, stateMachineBox);
}

internal static void AwaitUnsafeOnCompleted<TAwaiter>(ref TAwaiter awaiter, IAsyncStateMachineBox box) where TAwaiter : ICriticalNotifyCompletion
{
	//判斷awaiter實例類型
	if (default(TAwaiter) != null && awaiter is ITaskAwaiter)
	{
		//獲取TaskAwaiter實例的m_task屬性即Task類型
		TaskAwaiter.UnsafeOnCompletedInternal(Unsafe.As<TAwaiter, TaskAwaiter>(ref awaiter).m_task, box, true);
		return;
	}
	if (default(TAwaiter) != null && awaiter is IConfiguredTaskAwaiter)
	{
		//與上面邏輯一致m_task屬性即Task類型本質他們都在操作Task
		ref ConfiguredTaskAwaitable.ConfiguredTaskAwaiter reference = ref Unsafe.As<TAwaiter, ConfiguredTaskAwaitable.ConfiguredTaskAwaiter>(ref awaiter);
		TaskAwaiter.UnsafeOnCompletedInternal(reference.m_task, box, reference.m_continueOnCapturedContext);
		return;
	}
	if (default(TAwaiter) != null && awaiter is IStateMachineBoxAwareAwaiter)
	{
		try
		{
			//調用IStateMachineBoxAwareAwaiter實例的AwaitUnsafeOnCompleted方法
			((IStateMachineBoxAwareAwaiter)(object)awaiter).AwaitUnsafeOnCompleted(box);
			return;
		}
		catch (Exception exception)
		{
			System.Threading.Tasks.Task.ThrowAsync(exception, null);
			return;
		}
	}
	try
	{
		//調用ICriticalNotifyCompletion實例的UnsafeOnCompleted方法
		awaiter.UnsafeOnCompleted(box.MoveNextAction);
	}
	catch (Exception exception2)
	{
		System.Threading.Tasks.Task.ThrowAsync(exception2, null);
	}
}

通過這個方法我們可以看到傳遞進來的TAwaiter都是ICriticalNotifyCompletion的實現類，所以他們的行爲存在一致性，只是具體的實現動作根據不同的實現類型來判斷。

如果是ITaskAwaiter類的話直接調用TaskAwaiter.UnsafeOnCompletedInternal()方法，傳遞了TaskAwaiter.m_task屬性，這是一個Task類型的屬性
如果是IConfiguredTaskAwaiter類型的話，也是調用了TaskAwaiter.UnsafeOnCompletedInternal()方法，傳遞了ConfiguredTaskAwaiter.m_task屬性，這也是一個Task類型的屬性
如果是IStateMachineBoxAwareAwaiter類型的話，調用IStateMachineBoxAwareAwaiter.AwaitUnsafeOnCompleted()方法，傳遞的是當前的IAsyncStateMachineBox狀態機盒子實例，具體實現咱們待會看
如果上面的條件都不滿足的話，則調用ICriticalNotifyCompletion.UnsafeOnCompleted()方法,傳遞的是IAsyncStateMachineBox.MoveNextAction方法,IAsyncStateMachineBox實現類包裝了IAsyncStateMachine實現類，這裏的stateMachineBox.MoveNextAction本質是在執行IAsyncStateMachine的MoveNext的方法，即我們狀態機裏我們自己寫的業務邏輯。

我們首先來看一下StateMachineBoxAwareAwaiter.AwaitUnsafeOnCompleted()方法，找到一個實現類。因爲它的實現類有好幾個，比如ConfiguredValueTaskAwaiter、ValueTaskAwaiter、YieldAwaitable等，這裏咱們選擇有類型的ConfiguredValueTaskAwaiter實現類，看一下AwaitUnsafeOnCompleted方法

void IStateMachineBoxAwareAwaiter.AwaitUnsafeOnCompleted(IAsyncStateMachineBox box)
{
	object? obj = _value._obj;
	Debug.Assert(obj == null || obj is Task || obj is IValueTaskSource);

	if (obj is Task t)
	{
		//如果是Task類型的話會調用TaskAwaiter.UnsafeOnCompletedInternal方法，也是上面咱們多次提到的
		TaskAwaiter.UnsafeOnCompletedInternal(t, box, _value._continueOnCapturedContext);
	}
	else if (obj != null)
	{
		Unsafe.As<IValueTaskSource>(obj).OnCompleted(ThreadPool.s_invokeAsyncStateMachineBox, box, _value._token,
			_value._continueOnCapturedContext ? ValueTaskSourceOnCompletedFlags.UseSchedulingContext : ValueTaskSourceOnCompletedFlags.None);
	}
	else
	{
		//兜底的方法也是TaskAwaiter.UnsafeOnCompletedInternal
		TaskAwaiter.UnsafeOnCompletedInternal(Task.CompletedTask, box, _value._continueOnCapturedContext);
	}
}

可以看到ConfiguredValueTaskAwaiter.AwaitUnsafeOnCompleted()方法最終也是執行到了TaskAwaiter.UnsafeOnCompletedInternal()方法，這個咱們上面已經多次提到了。接下里咱們再來看一下ICriticalNotifyCompletion.UnsafeOnCompleted()方法裏的實現是啥，咱們找到它的一個常用的實現類，也是咱們上面狀態機幫咱們生成的TaskAwaiter<>類裏的實現

public void UnsafeOnCompleted(Action continuation)
{
	TaskAwaiter.OnCompletedInternal(m_task, continuation, true, false);
}
//TaskAwaiter的OnCompletedInternal方法
internal static void OnCompletedInternal(Task task, Action continuation, bool continueOnCapturedContext, bool flowExecutionContext)
{
	ArgumentNullException.ThrowIfNull(continuation, "continuation");
	if (TplEventSource.Log.IsEnabled() || Task.s_asyncDebuggingEnabled)
	{
		continuation = OutputWaitEtwEvents(task, continuation);
	}
	//這裏調用了Task的SetContinuationForAwait方法
	task.SetContinuationForAwait(continuation, continueOnCapturedContext, flowExecutionContext);
}

咱們看到了這裏調用的是Task的SetContinuationForAwait方法，上面我們提到的AwaitUnsafeOnCompleted方法裏直接調用了TaskAwaiter的UnsafeOnCompletedInternal方法，咱們可以來看一下里面的實現

internal static void UnsafeOnCompletedInternal(Task task, IAsyncStateMachineBox stateMachineBox, bool continueOnCapturedContext)
{
	if (TplEventSource.Log.IsEnabled() || Task.s_asyncDebuggingEnabled)
	{
		//默認情況下我們是沒有去監聽EventSource發佈的時間消息
		//如果你開啓了EventSource日誌的監聽則會走到這裏
		task.SetContinuationForAwait(OutputWaitEtwEvents(task, stateMachineBox.MoveNextAction), continueOnCapturedContext, false);
	}
	else
	{
		task.UnsafeSetContinuationForAwait(stateMachineBox, continueOnCapturedContext);
	}
}

因爲默認是沒有開啓EventSource的監聽，所以上面的兩個TplEventSource.Log.IsEnabled相關的邏輯執行不到，如果代碼裏堅挺了相關的EventSource則會執行這段邏輯。SetContinuationForAwait方法和UnsafeSetContinuationForAwait方法邏輯是一致的，只是因爲如果開啓了EventSource的監聽會發布事件消息，其中包裝了關於異步信息的事件相關。所以我們可以直接來看UnsafeSetContinuationForAwait方法實現

internal void UnsafeSetContinuationForAwait(IAsyncStateMachineBox stateMachineBox, bool continueOnCapturedContext)
{
	if (continueOnCapturedContext)
	{
	    //winform wpf等ui線程包含同步上下文SynchronizationContext相關的信息
		//如果存在則直接在SynchronizationContext同步上線文中的Post方法把異步結果在ui線程中完成回調執行
		SynchronizationContext current = SynchronizationContext.Current;
		if (current != null && current.GetType() != typeof(SynchronizationContext))
		{
			SynchronizationContextAwaitTaskContinuation synchronizationContextAwaitTaskContinuation = new SynchronizationContextAwaitTaskContinuation(current, stateMachineBox.MoveNextAction, false);
			if (!AddTaskContinuation(synchronizationContextAwaitTaskContinuation, false))
			{
				synchronizationContextAwaitTaskContinuation.Run(this, false);
			}
			return;
		}
		//判斷是否包含內部任務調度器，如果不是默認的TaskScheduler.Default調度策略，也就是ThreadPoolTaskScheduler的方式執行MoveNext
		//則使用TaskSchedulerAwaitTaskContinuation的Run方法執行MoveNext
		TaskScheduler internalCurrent = TaskScheduler.InternalCurrent;
		if (internalCurrent != null && internalCurrent != TaskScheduler.Default)
		{
			TaskSchedulerAwaitTaskContinuation taskSchedulerAwaitTaskContinuation = new TaskSchedulerAwaitTaskContinuation(internalCurrent, stateMachineBox.MoveNextAction, false);
			if (!AddTaskContinuation(taskSchedulerAwaitTaskContinuation, false))
			{
				taskSchedulerAwaitTaskContinuation.Run(this, false);
			}
			return;
		}
	}
	//執行兜底邏輯使用線程池執行
	if (!AddTaskContinuation(stateMachineBox, false))
	{
		ThreadPool.UnsafeQueueUserWorkItemInternal(stateMachineBox, true);
	}
}

上面我們提到過IAsyncStateMachineBox實現類包裝了IAsyncStateMachine實現類，它的stateMachineBox.MoveNextAction本質是在執行AsyncStateMachine的MoveNext的方法，即我們狀態機裏的自己的業務邏輯。根據上面的邏輯我們來大致總結一下相關的執行策略

如果包含SynchronizationContext同步上下文，也就是winform wpf等ui線程，則直接在SynchronizationContext同步上線文中的Post方法把異步結果在ui線程中完成回調執行，裏面的核心方法咱們待會會看到
如果TaskScheduler調度器不是默認的ThreadPoolTaskScheduler調度器，則使用自定義的TaskScheduler來執行MoveNext方法，統一里面的核心方法咱們待來看
兜底的邏輯則是使用線程池來執行，即使用ThreadPool的UnsafeQueueUserWorkItemInternal方法

好了上面留下了兩個核心的方法，沒有展示相關的實現，首先咱們來看下TaskSchedulerAwaitTaskContinuation的Run方法，這個方法適用於存在同步上下文的場景，來看下它的核心邏輯

internal sealed override void Run(Task task, bool canInlineContinuationTask)
{
	//判斷當前線程同步上下文是否和傳遞的同步上下文一致，則直接執行，說明當前線程可以直接使用異步結果
	if (canInlineContinuationTask && m_syncContext == SynchronizationContext.Current)
	{
		RunCallback(AwaitTaskContinuation.GetInvokeActionCallback(), m_action, ref Task.t_currentTask);
		return;
	}
    //如果不是同一個同步上下文則執行PostAction委託
	RunCallback(PostAction, this, ref Task.t_currentTask);
}

private static void PostAction(object state)
{
	//通過傳遞的state來捕獲執行回調的同步上下文，這裏使用的SynchronizationContext的非阻塞的Post方法來執行後續邏輯
	SynchronizationContextAwaitTaskContinuation synchronizationContextAwaitTaskContinuation = (SynchronizationContextAwaitTaskContinuation)state;
	synchronizationContextAwaitTaskContinuation.m_syncContext.Post(s_postCallback, synchronizationContextAwaitTaskContinuation.m_action);
}

protected void RunCallback(ContextCallback callback, object state, ref Task currentTask)
{
        //捕獲執行上下文，異步執行完成之後在執行上下文中執行後續邏輯
	ExecutionContext capturedContext = m_capturedContext;
	if (capturedContext == null)
	{
		//核心邏輯就是再行上面的委託即AwaitTaskContinuation.GetInvokeActionCallback方法或PostAction方法
		callback(state);
	}
	else
	{
		ExecutionContext.RunInternal(capturedContext, callback, state);
	}
}

上面的方法省略了一些邏輯，爲了讓邏輯看起來更清晰，我們可以看到裏面的邏輯，即在同步上下文SynchronizationContext中執行異步的回調的結果。如果當前線程就包含同步上下文則直接執行，如果不是則使用之前傳遞進來的同步上下文來執行。執行的時候會嘗試捕獲執行上下文。咱們還說到了如果TaskScheduler調度器不是默認的ThreadPoolTaskScheduler調度器，則使用自定義的TaskScheduler來執行MoveNext方法，來看下里面的核心實現

internal sealed override void Run(Task ignored, bool canInlineContinuationTask)
{
	//如果當前的scheduler策略是TaskScheduler.Default即默認的ThreadPoolTaskScheduler
	//則直接使用默認策略調度任務
	if (m_scheduler == TaskScheduler.Default)
	{
		base.Run(ignored, canInlineContinuationTask);
		return;
	}
	//如果不是默認策略則使用，我們定義的TaskScheduler
	Task task = CreateTask(delegate(object state)
	{
		try
		{
			((Action)state)();
		}
		catch (Exception exception)
		{
			Task.ThrowAsync(exception, null);
		}
	}, m_action, m_scheduler);//這裏的m_scheduler指的是自定義的TaskScheduler
    bool flag = canInlineContinuationTask && (TaskScheduler.InternalCurrent == m_scheduler || Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread);
	//或者是task其他形式的策略執行
	if (flag)
	{
		TaskContinuation.InlineIfPossibleOrElseQueue(task, false);
		return;
	}
	try
	{
		task.ScheduleAndStart(false);
	}
	catch (TaskSchedulerException)
	{
	}
}

這個邏輯看起來比較清晰，即根據Task的執行策略TaskScheduler判斷如何執行任務，比如默認的ThreadPoolTaskScheduler策略，或其他策略，比如單線程策略或者自定義的等等。
上面的執行過程可以總結爲以下兩點

是否是Task調度,否則執行默認的ThreadPool.UnsafeQueueUserWorkItemInternal()執行。如果是TaskScheduler則判斷是哪一種策略，比如是默認的ThreadPoolTaskScheduler或是其它策略亦或是自定義策略等。
是否包含同步上下文SynchronizationContext,比如UI線程，大家都知道修改界面控件需要在UI線程上才能執行，但是await操作可能存在線程切換如果await的結果需要在UI展示需要同步上下文保證異步的結果在UI線程中執行。

線程池和Task關聯

如果任務需要執行中，我們總得想辦法把結果給相應的Task實例，這樣我們才能在執行完成之後把得到對應的執行狀態或者執行結果在相關的Task中體現出來，方便我們判斷Task是否執行完成或者獲取相關的執行結果，在ThreadPoolWorkQueue中有相關的邏輯具體在DispatchWorkItem方法中

private static void DispatchWorkItem(object workItem, Thread currentThread)
{
	//判斷在線程池中自行的任務書否是Task任務
	Task task = workItem as Task;
	if (task != null)
	{
		task.ExecuteFromThreadPool(currentThread);
	}
	else
	{
		Unsafe.As<IThreadPoolWorkItem>(workItem).Execute();
	}
}

ThreadPool裏的線程執行了Task的ExecuteWithThreadLocal的方法，核心執行方法在Task的ExecuteWithThreadLocal,這樣的話執行相關的結果就可以體現在Task實例中，比如Task的IsCompleted屬性判斷是否執行完成，或者Task<TResult>的GetResultf方法獲取結果等等。

Task的FromResult

這裏需要注意的是Task.FromResult<TResult>(TResult)這個方法，相信大家經常用到，如果你的執行結果需要包裝成Task<TResult>總會用到這個方法。它的意思是創建一個Task<TResult>，並以指定結果成功完成。,也就是Task<TResult>的IsCompleted屬性爲true，這個結論可以在dotnet api中Task.FromResult(TResult)文檔中看到，因爲我們只需要把我們已有的結果包裝成Task所以不涉及到複雜的執行，這也意味着在生成狀態機的時候MoveNext方法裏的邏輯判斷IsCompleted時候代表任務是直接完成的，會直接通過GetResult()獲取到結果，不需要AwaitUnsafeOnCompleted去根據執行策略執行

private void MoveNext()
{
	int num = <>1__state;
	try
	{
		TaskAwaiter<string> awaiter;
		if (num != 0)
		{
			awaiter = Task.FromResult("Hello World").GetAwaiter();
			//這裏的IsCompleted會爲true不會執行相關的執行策略
			if (!awaiter.IsCompleted)
			{
				<>t__builder.AwaitUnsafeOnCompleted(ref awaiter, ref stateMachine);
				return;
			}
		}
		else
		{
		}
		<>s__2 = awaiter.GetResult();
	}
	catch (Exception exception)
	{
	}
	<>t__builder.SetResult();
}

總結

本文主要是展示了近期對async和await生成的狀態機的研究，大概瞭解了相關的執行過程。由於異步編程涉及到的東西比較多，而且相當複雜，足夠寫一本書。所以本文設計到的不過是一些皮毛，也由於本人能力有限理解的不一定對，還望諒解。通過本文大家知道async和await是語法糖，會生成狀態機相關代碼，讓我們來總結一下

首先async和await是語法糖，會生成狀態機類並填充我們編寫的業務代碼相關
如果是未完成任務也就是IsCompleted爲false則會執行相關的邏輯去執行任務
- 是否是Task調度,否則執行默認的ThreadPool.UnsafeQueueUserWorkItemInternal()執行。如果是TaskScheduler則判斷是哪一種策略，比如是默認的ThreadPoolTaskScheduler或是其它策略亦或是自定義策略等。
- 是否包含同步上下文SynchronizationContext,比如UI線程，大家都知道修改界面控件需要在UI線程上才能執行，但是await操作可能存在線程切換如果await的結果需要在UI展示需要同步上下文保證異步的結果在UI線程中執行。
需要注意的是Task.FromResult<TResult>(TResult)這個方法，它的意思是創建一個Task<TResult>，並以指定結果成功完成。,也就是Task<TResult>的IsCompleted屬性爲true。

結論只涉及到了async和await語法糖生成的狀態機相關，不涉及到關於異步或者同步相關的知識點，因爲說到這些話題就變得很大了，還望諒解。

最近看到許多關於裁員跳槽甚至是換行的，每個人都有自己的生活，都有自己的處境，所以有些行爲我們要換位思考，理解他們選擇生活的方式，每個人能得到自己想要的，能開心就好，畢竟精力有限，爲了最想要的總要捨棄一些。

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研究c#異步操作async await狀態機的總結

前言

async await是語法糖

生成的狀態機

啓動狀態機

執行異步任務

線程池和Task關聯

Task的FromResult

總結

體驗Semantic Kernel圖片內容識別

細聊ASP.NET Core WebAPI格式化程序

基於C# Socket實現的簡單的Redis客戶端

細聊C# AsyncLocal如何在異步間進行數據流轉

由C# yield return引發的思考

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