【C#】async和await 续

前言

在文章《async和await》中，我们观察到了一下客观的规律，但是没有讲到本质，而且还遗留了一个问题:

这篇文章中，我们继续看看这个问题如何解决!

我们再看看之前写的代码：

static public void TestWait2()
{
     var t = Task.Factory.StartNew(async () =>
     {
         Console.WriteLine("Start");
         await Task.Delay(3000);
         Console.WriteLine("Done");
     });
     t.Wait();
     Console.WriteLine("All done");
 }

static public void TestWait3()
{
     var t = Task.Run(async () =>
     {
         Console.WriteLine("Start");
         await Task.Delay(3000);
         Console.WriteLine("Done");
     });
     t.Wait();
     Console.WriteLine("All done");
}

当时问题是，为啥 Task.Factory.StartNew 可以看到异步效果，而Task.Run中却是同步效果。
那其实是因为，Task.Factory.StartNew 返回的 t.Wait(); 它没卡住主线程，而Task.Run的 t.Wait();它卡住了。

那为啥，Task.Factory.StartNew没卡住呢？
这是应为 Task.Factory.StartNew 返回的变量 t 他是Task< Task >类型！

如果，Task.Run 返回的是Task类型，如果我们改成Task.Factory.StartNew，那么它返回的类型就是Task<Task< int >>

在.Net4.0中提供一个Unwrap方法，用于将Task<Task< int>>解为Task< int>类型，所以如果代码改为：

static public async void Factory嵌套死等()
{
    Console.WriteLine($"Factory不嵌套死等{getID()}");
    var t = Task.Factory.StartNew(async() =>
    {
        Console.WriteLine($"Start{getID()}");
        await Task.Delay (1000);
        Console.WriteLine($"Done{getID()}");
    }).Unwrap();
    t.Wait();
    Console.WriteLine($"All done{getID()}");
}

那么此时 t.Wait(); 也能卡死主线程。

其实Task.Run（.net4.5引入）是在 Task.Factory.StartNew（.net4.0引入）之后出现的，Task.Run是为了简化Task.Factory.StartNew的使用。

t.Wait() 和 await t;

现在我从另一个角度分析问题。
使用 Task.Run，能不能达到异步的效果？答案是肯定的！
不过，我们此时不应该使用 t.Wait(); 而是应该是 await t;

static public async void Run嵌套Await()
{
    Console.WriteLine($"Run嵌套Await{getID()}");
    var t = Task.Run(async () =>
    {
        Console.WriteLine($"Start{getID()}");
        await Task.Delay(1000);
        Console.WriteLine($"Done{getID()}");
    });
    await t;
    Console.WriteLine($"All done{getID()}");
}

在这里插入图片描述

这样的话就实现了异步效果。

await 是如何实现异步的

这里我们可以进一步分析一下。
“1” 是主线程的ID “5” 是 task 启的子线程 ID。
我发现All done 在 Done 后面执行的，这是应为 await t; 把主线程"遣返了"
而await t; 之后的代码（也就是All done 这句话的打印）是由子线程5接着完成的。

整个流程是这样的，当编译时，编译器看到了函数使用了 async 关键字，那么整个函数将被转换为一个带有状态机的函数，反编译后发现函数名称变为MoveNext。

当主线程执行到子函数时，遇到 await 那么此时主线程就会返回（跳出整个子函数，去执行下一个函数），MoveNext呢就会切换状态机（由于状态机已经切换，下次MoveNext在被调用时，就会从await 处向下执行）。
不过，从现象看await 之后的代码，不是主线程调用了，而是Task的子线程。子线程会再次调用MoveNext，并且进入一个新的状态机。
这里就有一个结论，当主线程进入一个子函数，遇到await机会从函数直接返回，函数中以下的代码交给新的子线程执行。
为了证明一这一点，我又写了一个程序：

static public async Task AsyncInvoke()
{
    await Task.Run(() =>
    {
        Console.WriteLine($"This is 1 ManagedThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}");
        Thread.Sleep(1000);
    });
    Console.WriteLine($"1{getID()}");
    await Task.Run(() =>
    {
        Console.WriteLine($"This is 2 ManagedThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}");
        Thread.Sleep(1000);
    });
    Console.WriteLine($"2{getID()}");
    await Task.Run(() =>
    {
        Console.WriteLine($"This is 3 ManagedThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}");
        Thread.Sleep(1000);
    });
    Console.WriteLine($"3{getID()}");
    await Task.Run(() =>
    {
        Console.WriteLine($"This is 4 ManagedThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}");
        Thread.Sleep(1000);
    });
    Console.WriteLine($"4{getID()}");
}

执行效果如下：
在这里插入图片描述
你会发现不过一个函数里面有多少个await ，主线程遇到一个await就返回了，就跳出这个函数去执行其他的函数了。
函数剩下的await 后面的都是由子线程完成的！多个await 只是多个几个状态机而已。
所以在一个函数中，如果有个多个await ，除了第一个后面的都和主线程无关。

这里又出现了一个新的问题，为啥后面的线程ID都是5？这个其实不一定的，我重新跑了一次：
在这里插入图片描述
这次发现出现了两个子线程号 3 和 5，这是应为 Task 背后有个线程池。Task 被翻译为任务，单纯的线程是指的Thread。
Task 启动后，使用哪个线程是由背后的线程池提供，而这个线程池是由.net进行维护。包括回调什么时候发生都是由线程池中的一个线程通知Task对象！await 操作符其实是调用 Task对象的 ContinueWith，所以上面这段代码也可以这么写：

/// <summary>
/// 回调式写法
/// </summary>
public void TaskInvokeContinue()
{
    Task.Run(() =>
    {
        Console.WriteLine($"This is 1 ManagedThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}");
        Thread.Sleep(1000);
    }).ContinueWith(t =>
    {
        Console.WriteLine($"This is 2 ManagedThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}");
        Thread.Sleep(1000);
    }).ContinueWith(t =>
    {
        Console.WriteLine($"This is 3 ManagedThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}");
        Thread.Sleep(1000);
    }).ContinueWith(t =>
    {
        Console.WriteLine($"This is 4 ManagedThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}");
        Thread.Sleep(1000);
    })
    ;
    //不太爽---nodejs---回调式写法，嵌套是要疯掉
}

这就进一步体现了 await 用同步的方式，写异步的代码。
能实现这个的原因就是，函数已经被改造成一个状态机了。

到这里，我就把上次坑给填上了！下次我们在一起掰扯掰扯Task的一些有意思的用法。

小结

我觉得最重要的一点就是：
主线程遇到一个await就返回了，如何理解这个返回？
返回就是跳出这个函数，和这个函数没有半毛钱关系了，去执行其他下面的函数了。
该函数剩下的await后面的部分都是由线程池中的子线程完成的！
理解这一点，有助于我们对异步代码的编写！

2023年7月29日更新（一次Debug的分享）

昨天才写完这篇文章，今天就发现之前的写的一段代码有问题。没想到这么快就用上了~~（笑哭）

程序大概是这样的。我有一个主线程，里面有两个函数A和B，A和B实现了 async await 。
A和B里有一句 await tcpcli.SendAsync(str) 这句异步代码, 大致代码如下：

while(true)
{
	await  A(){
		....
		bool b = await tcpcli.SendAsync(str);
	}
	await  B(){
		....
		await tcpcli.SendAsync(str);
	}
}

正常情况下，这样没啥问题。程序都是正常跑。但是当Tcp服务那边反应延时的时候，就会出问题。
运行到 bool b = await tcpcli.SendAsync(str); 时，按照之前的结论，主线程都是直接返回的，就会直接执行B
然后再接着执行A，但是如果bool b = await tcpcli.SendAsync(str); 依然还在等待，之线程还是会返回的，
此时会再次开一个新的线程，导致多个线程并发，但是我这里其他逻辑并发的话是会有问题的（比如写Modbus的一个寄存器）。
所以，一旦 tcpcli.SendAsync(str)卡住了，逻辑就出问题了！

既然逻辑不能并发，我当时为啥不直接用同步的方式呢？其实原因是当时我不知道如何用同步的方式获取返回值。
我当时调用 tcpcli.SendAsync(str).Wait(); 时发现这个Wait()返回值是空，但是我又需要返回值，所以就用了
bool b = await tcpcli.SendAsync(str); 那其实如果想用同步的方式获取返回值，应该使用：
bool b = tcpcli.SendAsync(str).GetAwaiter().GetResult();
所以，最后改程序为：

while(true)
{
	await  A(){
		....
		bool b = tcpcli.SendAsync(str).GetAwaiter().GetResult();
	}
	await  B(){
		....
		tcpcli.SendAsync(str).Wait();
	}
}