C#中的异步是如何工作的？

Question

微软于2010年10月28日宣布推出了Visual Studio Async CTP，该工具引入了async和await关键字，用于在C＃/VB中执行异步方法。

起初我认为编译器将这些关键字转换为线程的创建，但根据白皮书和Anders Hejlsberg在PDC演讲（31:00处）中所述，异步操作完全在主线程上进行。

如何在同一线程上并行执行操作？技术上如何实现，并将该功能转换为IL的什么内容？

- Dirk Vollmar

Answer 1

它的工作方式类似于C# 2.0中的yield return关键字。

异步方法实际上不是普通的顺序方法，而是编译成一个状态机（对象），具有一些状态（本地变量被转换为对象的字段）。在两个await使用之间的每个代码块都是状态机的一个“步骤”。

这意味着当该方法启动时，它只运行第一步，然后状态机返回并安排执行一些工作-当工作完成时，将运行状态机的下一步。例如，以下代码：

async Task Demo() { 
  var v1 = foo();
  var v2 = await bar();
  more(v1, v2);
}

大致翻译为：

class _Demo {
  int _v1, _v2;
  int _state = 0; 
  Task<int> _await1;
  public void Step() {
    switch(this._state) {
    case 0: 
      this._v1 = foo();
      this._await1 = bar();
      // When the async operation completes, it will call this method
      this._state = 1;
      op.SetContinuation(Step);
    case 1:
      this._v2 = this._await1.Result; // Get the result of the operation
      more(this._v1, this._v2);
  }
}

重要的部分在于它使用了 "SetContinuation" 方法来指定操作完成时应再次调用 "Step" 方法（该方法知道应使用 "_state" 字段运行原始代码的第二部分）。您可以轻松想象 "SetContinuation" 会是类似于 "btn.Click += Step" 的东西，这将完全在单个线程上运行。

C＃中的异步编程模型非常接近于 F# 异步工作流程（实际上，除了一些技术细节外，它基本相同），并使用“async”编写响应式单线程GUI应用程序是一个相当有趣的领域 - 至少我认为是这样的 - 请参见例如此文章（现在也许我应该写一个 C# 版本 :-))。

翻译类似于迭代器（和“yield return”），事实上，以前就已经可以使用迭代器在C#中实现异步编程。我之前写过一篇关于此的文章 - 我认为它仍然可以为您提供有关如何进行翻译的一些洞见。

- Tomas Petricek

Answer 2

如何在同一线程上并行执行操作？

你无法这样做。异步不是“并行”或“并发”。异步可能会使用并行方式实现，也可能不会。它可能通过将工作分解为小块，将每个工作块放入队列中，然后在线程没有执行其他任务时执行每个工作块来实现。

我在我的博客上写了一系列关于所有这些内容如何运作的文章；直接与此问题相关的文章可能会在下周四发布。请访问此链接获取详细信息。

- Eric Lippert

Answer 3

据我了解，async和await关键字的作用是，每当一个async方法使用await关键字时，编译器将把该方法的余下部分转换为一个继续执行的程序，并在异步操作完成时进行调度。这使得async方法可以立即返回给调用者，并在异步部分完成后恢复工作。

根据现有文件显示，其中有很多详细信息，但除非我弄错了，那就是它的要点。

在我看来，异步方法的目的不是并行运行大量代码，而是将异步方法切成若干个小块，按需要调用。关键点是编译器将处理所有复杂的回调电路，使用任务/继续。这不仅减少了复杂性，而且允许异步方法编写得更像传统的同步代码。

- Brian Rasmussen

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没有单独的线程，它是如何被调度的？在CLR中，连续性是一种特定的概念，它允许一些轻量级的调度吗？ - Dirk Vollmar

@0xA3：我相信这篇论文说异步方法不会在自己的线程上运行。也就是说，就像TPL一样，它将根据情况混合使用当前线程和线程池线程。 - Brian Rasmussen