C#异步等待永远不会返回到主线程

Question

我写了一个非常简单的检查来告诉我我在哪个线程上，然后添加了一些async await代码。我注意到第一次检查时我在thread1上，然后是thread3，而且在我的代码执行期间我从未返回到thread1。

有人能解释一下为什么在await之后我不会返回调用await的主线程吗？WhatThreadAmI()的输出如下：

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Main - 17 -- True
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CountAsync - 37 -- False
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Main - 22 -- False
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Main - 29 -- False
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示例代码：

class Program
{
    static Thread mainThread;
    public static async Task Main(string[] args)
    {
        mainThread = Thread.CurrentThread;


        WhatThreadAmI();

        Console.WriteLine("Counting until 100 million in 5 seconds ...");
        var msWait = await CountAsync();

        WhatThreadAmI();
        Console.WriteLine($"Counting to 100 million took {msWait} milliseconds.");


        Console.WriteLine("Press any key to exit");
        Console.ReadKey();

        WhatThreadAmI();
    }


    static async Task<String> CountAsync()
    {
        return await Task.Run(() =>
        {
            WhatThreadAmI();
            Task.Delay(TimeSpan.FromSeconds(5)).Wait();
            var startTime = DateTime.Now;

            var num = 0;

            while (num < 100000000)
            {
                num += 1;
            }

            return (DateTime.Now - startTime).TotalMilliseconds.ToString();

        });
    }


    static void WhatThreadAmI([CallerMemberName]string Method = "", [CallerLineNumber]int Line = 0)
    {
        const string dividor = "**********************";

        Debug.WriteLine(dividor);
        Debug.WriteLine($"{Method} - {Line} -- {IsMainThread()}");
        Debug.WriteLine(dividor);
    }

    public static bool IsMainThread() => mainThread == Thread.CurrentThread;

}

- Bailey Miller

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为什么你认为它必须返回那里？ - Evk

Await 告诉编译器启动一个线程，跳转到另一个线程（跳过代码并继续执行），然后返回到调用者线程。 - Bailey Miller

我的理解是，状态机被创建了，但我不知道这是否意味着它会返回到原始线程。 - MotKohn

@BaileyMiller 你说的都不是真的，await 告诉编译器：“检查任务是否完成，如果完成了，则在调用线程上运行后续操作。如果没有完成，则使用当前 OperationContext 进行安排，在没有当前 OperationContext 的情况下，使用默认调度程序（即线程池）进行安排。” - Scott Chamberlain

@ScottChamberlain在下面的评论中提到我主要编写Wpf应用程序。这就是我在做这个演示时感到困惑的原因所在。 - Bailey Miller

Answer 1

await 会捕获当前的同步上下文 (SynchronizationContext.Current)，并将继续执行 (await 后面的所有内容) 发送到该上下文中（除非使用 ConfigureAwait(false)）。如果没有同步上下文，比如在控制台应用程序中（您的情况） - 默认情况下，继续执行将被安排到线程池线程。您的主线程不是线程池线程，因此您永远不会在您发布的代码中返回到它。

请注意，每个同步上下文实现都可以决定如何处理发布到它的回调，它不一定要将回调发布到单个线程（如 WPF \ WinForms 同步上下文所做的那样）。因此，即使有同步上下文，也不能保证“返回到调用线程”。

- Evk

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我一直以为我回到了我的主线程，或者说本质上是我的UI线程。我主要编写Wpf应用程序，这就是我通常考虑线程的方式。因此，使用我的当前代码，我将从1个线程开始，生成另一个线程，并在我的原始线程休眠时拥有2个线程的生命周期。 - Bailey Miller

@BaileyMiller 是的。使用异步主函数只是一个包装器，用于一个看起来像这样的函数：static void RealMain(string[] args) { Main(args).GetAwaiter().GetResult();} 这样可以实现让“主”线程在整个程序中睡眠，而线程池线程则完成所有工作的行为。 - Scott Chamberlain

@BaileyMiller 在 WPF 中确实会返回到主线程，但那是因为在 WPF 中有特定的“同步上下文”。至于线程-不完全是这样，因为线程池以自己的方式管理线程。它将根据需要创建和销毁线程。Task.Run 不一定会创建新线程，线程池可能已经为您提供了可用的线程。并且长时间未使用的线程将被池销毁。但是您的主线程当然始终存在，在这种情况下大多数时间都处于睡眠状态。 - Evk

我从未深入研究过 C# 中 API 如何处理线程，也没有意识到在 C# 应用程序之间存在如此大的差异。感谢您的回答和评论中的讨论。 - Bailey Miller

默认情况下，继续操作将被安排到线程池线程中。-- 这不是它的工作方式。在没有同步上下文的情况下，继续操作将在完成任务的任何线程上运行（演示）。只是碰巧在.NET中，所有内置的异步API都在ThreadPool线程上完成任务，从而产生了这种常见的错觉。 - undefined

Answer 2

即使现在可以拥有异步主函数，但控制台应用程序仍然没有操作上下文。因此它将使用默认的任务调度程序，这将导致在await之后的延续使用任何线程池线程而不是与OperationContext相关联的原始线程。

- Scott Chamberlain

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那么，如果我继续使用await并生成更多的线程，本质上我将生成被放置在等待状态的线程，而其他线程正在工作？我的主线程处于WaitSleepJoin ThreadState状态。 - Bailey Miller

唯一“生成”线程的是您代码中的 Task.Run。await 不会创建线程，它只是等待任务进入已完成状态，然后使用 OperationContext 运行 await 后面的代码继续执行（在您的情况下，将工作排队到线程池）。 - Scott Chamberlain