C#中async await異步關(guān)鍵字用法和異步的底層原理全解析

更新時(shí)間：2025年04月17日 11:50:12 作者：Zy100Papa

這篇文章主要介紹了C#中async await異步關(guān)鍵字用法和異步的底層原理全解析,本文給大家介紹的非常詳細(xì),對(duì)大家的學(xué)習(xí)或工作具有一定的參考借鑒價(jià)值,需要的朋友參考下吧

C#異步編程

一、異步編程基礎(chǔ)

異步編程是啥玩意兒

就是讓程序在干等著某些耗時(shí)操作（比如等網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)、讀寫文件啥的）的時(shí)候，能把線程騰出來干別的活兒，這樣程序就能更靈敏、更高效啦。
跟同步編程不一樣，同步編程就是老老實(shí)實(shí)等著操作完成才繼續(xù)往下走，線程就一直被占著，多浪費(fèi)啊。

異步編程的好處

響應(yīng)快：比如在做UI界面的時(shí)候，用了異步編程，界面就不會(huì)卡啦，用戶體驗(yàn)賊棒。
省資源：不用讓線程一直干等著，資源利用率就上去了。
能扛更多活兒：面對(duì)一大堆并發(fā)操作的時(shí)候，異步編程能輕松搞定，擴(kuò)展性杠杠滴。

二、異步方法的工作原理

異步方法咋被編譯的

你寫個(gè)async修飾的方法，編譯器就把它變成一個(gè)狀態(tài)機(jī)啦。
狀態(tài)機(jī)會(huì)根據(jù)await表達(dá)式把方法拆成好多個(gè)狀態(tài)，就跟玩拼圖一樣。

狀態(tài)機(jī)是咋干活的

狀態(tài)機(jī)就是編譯器生成的一個(gè)類，它得記著異步方法執(zhí)行到哪兒了。
核心就是MoveNext方法，它就像導(dǎo)演一樣，指揮著異步操作一步步往下走。
每碰到一個(gè)await，就切換一下狀態(tài)。

await底層是咋實(shí)現(xiàn)的

await就整出個(gè)等待器（awaiter），專門等著異步操作完成。
要是操作還沒完，await就記下當(dāng)前狀態(tài)，等操作完了再繼續(xù)往下走。

三、代碼示例

用HttpClient干異步網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求

弄個(gè)HttpClient對(duì)象，用來發(fā)HTTP請(qǐng)求。
用GetStringAsync方法，就能異步拿到指定URL的網(wǎng)頁內(nèi)容啦。
把拿到的內(nèi)容打印出來，瞧一瞧成果。

using System;
using System.Net.Http;
using System.Threading.Tasks;
namespace asyncawait原理1
{
    class Program
    {
        static async Task Main(string[] args)
        {
            using (HttpClient httpClient = new HttpClient())
            {
                string html = await httpClient.GetStringAsync("https://www.baidu.com");
                Console.WriteLine(html);
            }
        }
    }
}

異步讀寫文件

用File.WriteAllTextAsync方法，能把文本異步寫到指定路徑的文件里。
用File.ReadAllTextAsync方法，就能把文件內(nèi)容異步讀出來。
把讀到的內(nèi)容打印出來，看看對(duì)不對(duì)。

using System;
using System.IO;
using System.Threading.Tasks;
namespace asyncawait原理1
{
    class Program
    {
        static async Task Main(string[] args)
        {
            string txt = "hello world";
            string filename = @"E:\temp\1.txt";
            await File.WriteAllTextAsync(filename, txt);
            Console.WriteLine("寫入成功");
            string s = await File.ReadAllTextAsync(filename);
            Console.WriteLine("文件內(nèi)容：" + s);
        }
    }
}

四、編譯后的底層實(shí)現(xiàn)

用ILSpy反編譯DLL文件

ILSpy就是個(gè)反編譯工具，能把DLL文件變回C#代碼，方便咱們研究。
把DLL文件加載到ILSpy里，就能看到編譯后的代碼啦。

[CompilerGenerated]
private sealed class <>c__DisplayClass0_0 : IAsyncStateMachine
{
    public int <>1__state;
    public AsyncTaskMethodBuilder <>t__builder;
    public string[] args;
    private string <>s__1;
    private string <>s__3;
    private string <>s__6;
    private HttpClient <httpClient>__4;
    private string <html>__5;
    private string <txt>__2;
    private string <filename>__7;
    private void MoveNext()
    {
        int num = this.<>1__state;
        try
        {
            TaskAwaiter<string> awaiter;
            TaskAwaiter awaiter2;
            switch (num)
            {
                default:
                    this.<httpClient>__4 = new HttpClient();
                    goto case 0;
                case 0:
                    try
                    {
                        awaiter = this.<httpClient>__4.GetStringAsync("https://www.baidu.com").GetAwaiter();
                        if (!awaiter.IsCompleted)
                        {
                            num = this.<>1__state = 0;
                            this.<>t__builder.AwaitUnsafeOnCompleted(ref awaiter, ref this);
                            return;
                        }
                    }
                    catch (Exception exception)
                    {
                        this.<>1__state = -2;
                        this.<>t__builder.SetException(exception);
                        return;
                    }
                    this.<html>__5 = awaiter.GetResult();
                    Console.WriteLine(this.<html>__5);
                    this.<txt>__2 = "hello yz";
                    this.<filename>__7 = @"E:\temp\1.txt";
                    awaiter2 = File.WriteAllTextAsync(this.<filename>__7, this.<txt>__2).GetAwaiter();
                    if (!awaiter2.IsCompleted)
                    {
                        num = this.<>1__state = 1;
                        this.<>t__builder.AwaitUnsafeOnCompleted(ref awaiter2, ref this);
                        return;
                    }
                    break;
                case 1:
                    awaiter2 = this.<>s__1;
                    this.<>s__1 = null;
                    num = this.<>1__state = -1;
                    break;
            }
            awaiter2.GetResult();
            Console.WriteLine("寫入成功");
            this.<>s__3 = null;
            awaiter = File.ReadAllTextAsync(this.<filename>__7).GetAwaiter();
            if (!awaiter.IsCompleted)
            {
                num = this.<>1__state = 2;
                this.<>t__builder.AwaitUnsafeOnCompleted(ref awaiter, ref this);
                return;
            }
            this.<>s__6 = awaiter.GetResult();
            Console.WriteLine("文件內(nèi)容：" + this.<>s__6);
            this.<>s__6 = null;
            this.<>t__builder.SetResult();
        }
        catch (Exception exception)
        {
            this.<>1__state = -2;
            this.<>t__builder.SetException(exception);
            return;
        }
        this.<>1__state = -1;
    }
    void IAsyncStateMachine.MoveNext()
    {
        // This method is implemented by the compiler-generated code.
    }
    [DebuggerHidden]
    private void SetStateMachine(IAsyncStateMachine stateMachine)
    {
        this.<>t__builder.SetStateMachine(stateMachine);
    }
    void IAsyncStateMachine.SetStateMachine(IAsyncStateMachine stateMachine)
    {
        this.SetStateMachine(stateMachine);
    }
}

看看編譯后的狀態(tài)機(jī)代碼

分析狀態(tài)機(jī)類的結(jié)構(gòu)，看看都有啥變量、MoveNext方法長啥樣。
瞧瞧awaiter咋用的，狀態(tài)咋切換的。

理解MoveNext方法是干啥的

MoveNext就是狀態(tài)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)，它決定了異步方法咋執(zhí)行。
在這個(gè)方法里，會(huì)根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)執(zhí)行對(duì)應(yīng)的代碼，碰到await就暫停，安排好后續(xù)咋繼續(xù)。

五、總結(jié)

異步方法編譯過程回顧

再嘮嘮async方法咋被編譯成狀態(tài)機(jī)的，狀態(tài)機(jī)又咋根據(jù)await拆分方法、驅(qū)動(dòng)異步操作的。

await到底在干啥

說白了，await根本不是真的“等待”，而是靠狀態(tài)機(jī)和等待器來實(shí)現(xiàn)的異步協(xié)作。
強(qiáng)調(diào)一下異步編程的好處，比如響應(yīng)快、省資源、能扛更多活兒，還有啥場(chǎng)景適合用它。

到此這篇關(guān)于C#中async await異步關(guān)鍵字用法和異步的底層原理的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C# async await異步關(guān)鍵字內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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