async/Await使用和原理

await/async是.NetFramework4.5出现的，是语法糖，由编译器提供的功能！

await/async 是C#保留关键字，通常是成对出现，一般的建议是：要么不用，要么用到底

1. async修饰方法，可以单独出现，但是没有任何意义，而且有警告
2. await在方法体，只能出现在task/async方法前面，只有await会报错

下面来使用代码来剖析async和await的用法。

一：只有一个async没有await

 /// <summary>
 /// 只有async没有await，会有个warn
 /// 跟普通方法没有区别
 /// </summary>
 private static async void NoReturnNoAwait()
 {
     //主线程执行
     Console.WriteLine($"NoReturnNoAwait Sleep before Task,ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
     Task task = Task.Run(() =>//启动新线程完成任务
     {
         Console.WriteLine($"NoReturnNoAwait Sleep before,ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
         Thread.Sleep(3000);
         Console.WriteLine($"NoReturnNoAwait Sleep after,ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
     });

     //主线程执行
     Console.WriteLine($"NoReturnNoAwait Sleep after Task,ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
 }

调用如下：

private async static Task Test()
{
    Console.WriteLine($"start 当前主线程id={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}");
    {
        NoReturnNoAwait();
    }            
    Console.WriteLine($"end Main Thread Task ManagedThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
    Console.Read();
}

运行结果如下：

如果没有使用async，这就相当于一个普通的方法，另外注意的是方法的返回值使用Task接收，可以不用直接return

二：方法有async也有await

 /// <summary>
 /// async/await 
 /// 不能单独await
 /// await 只能放在task前面
 /// 不推荐void返回值，使用Task来代替
 /// Task和Task<T>能够使用await, Task.WhenAny, Task.WhenAll等方式组合使用。Async Void 不行
 /// </summary>
 private static async Task NoReturn()
 {
     //主线程执行
     Console.WriteLine($"NoReturn Sleep before await,ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
     TaskFactory taskFactory = new TaskFactory();
     Task task = taskFactory.StartNew(() =>
     {
         Console.WriteLine($"NoReturn Sleep before,ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
         Thread.Sleep(6000);
         Console.WriteLine($"NoReturn Sleep after,ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
     });  
             
     await task;//主线程到这里就返回了，执行主线程任务
     Console.WriteLine($"NoReturn Sleep after await,ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");

     //注意上面
     // await task;
     // Console.WriteLine($"NoReturn Sleep after await,ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
     //等同于下面的代码
     //task.ContinueWith(t =>
     //{
     //    Console.WriteLine($"NoReturn Sleep after await,ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
     //});
 }

调用如下：

private async static Task Test()
{
    Console.WriteLine($"start 当前主线程id={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}");
    {
        NoReturn();
        for (int i = 0; i < 5; i++)
        {
            Thread.Sleep(3000);
            Console.WriteLine($"Main Thread Task ManagedThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} i={i}");
        }
    }
    Console.WriteLine($"end Main Thread Task ManagedThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
    Console.Read();
}

运行结果如下：

从上面结果可以看出：

1：主线程调用async/await方法，主线程遇到await返回执行后续动作，
2：await后面的代码会等着task任务的完成后再继续执行，其实就像把await后面的代码包装成一个continue的回调动作
3： 然后这个回调动作可能是Task线程，也可能是新的子线程，也可能是主线程

三：有返回值的task，如果要得到返回值，必须要t.Result

/// <summary>
/// 带返回值的Task  
/// 要使用返回值就一定要等子线程计算完毕
/// </summary>
/// <returns>async 就只返回long</returns>
private static async Task<long> SumAsync()
{
    Console.WriteLine($"SumAsync 111 start ManagedThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
    long result = 0;

    await Task.Run(() =>
    {
        for (int k = 0; k <3; k++)
        {
            Console.WriteLine($"SumAsync {k} await Task.Run ManagedThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            Thread.Sleep(1000);
        }
        for (long i = 0; i < 999999999; i++)
        {
            result += i;
        }
    });

    Console.WriteLine($"SumFactory 111   end ManagedThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
    await Task.Run(() =>
    {
        for (int k = 0; k <3; k++)
        {
            Console.WriteLine($"SumAsync11111 {k} await Task.Run ManagedThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            Thread.Sleep(1000);
        }
        for (long i = 0; i < 999999999; i++)
        {
            result += i;
        }
    });          
    Console.WriteLine($"SumFactory 111   end ManagedThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");

    return result;
}

调用如下：

private async static Task Test()
{
    Console.WriteLine($"start 当前主线程id={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}");
    {
        Task<long> t = SumAsync();
        Console.WriteLine($"Main Thread Task ManagedThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
        long result = t.Result;//访问result   主线程等待Task的完成 等价于t.Wait();
      

        Console.WriteLine($"result=={result}");
    }
    Console.WriteLine($"end Main Thread Task ManagedThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
    Console.Read();
}

得到的结果如下：

通过上面可以得到：如果使用t.Result 或者t.Wait()则相当于堵塞主线程，也就是等待子线程完成之后，主线程才能进行下面的操作，而await 则是不堵塞主线程

四：下面通过代码和反编译看一下async的底层是怎么实现的

public class AwaitAsyncILSpy
    {
        public static void Show()
        {
            Console.WriteLine($"start1 {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}");
            Async();
            Console.WriteLine($"aaa2 {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}");
        }
        private static async void Async()
        {
            Console.WriteLine($"ddd5 {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}");
            await Task.Run(() =>
            {
                Thread.Sleep(500);
                Console.WriteLine($"bbb3 {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}");
            });
            Console.WriteLine($"ccc4 {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}");
        }
    }

运行得到的结果根据上面的分析肯定是：15234

我们使用ILSPy来反编译dll，得到下图：

我们通过上图发现方法中加了async则会在反编译的时候增加的AsyncStateMachine状态(实现了IAsyncStateMachine接口)，它实现的原理是：

初始化状态-1--执行就修改状态0--再执行就修改状态-1---执行就修改状态0---如果出现其他状态(-2)就结束了,就比如红绿灯一样，一样无限制的循环红灯-绿灯-红灯-绿灯

底层实现如下图：