C# async await 异步编程实现机制详解

2025-08-04 21:50
文章标签 c# 实现 详解 编程 异步 机制 .net async await netcore

本文主要是介绍C# async await 异步编程实现机制详解，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

《C#asyncawait异步编程实现机制详解》async/await是C#5.0引入的语法糖,它基于**状态机（StateMachine）**模式实现,将异步方法转换为编译器生成的状态机类,本...

一、async/await js异步编程实现机制

1.1 核心概念

async/await 是 C# 5.0 引入的语法糖，它基于**状态机（State MAChine）**模式实现，将异步方法转换为编译器生成的状态机类。

1.2 编译器转换过程

当编译器遇到 async 方法时，会将其转换为一个实现了 IAsyncStateMachine 接口的状态机类。

// 原始代码
public async Task<int> GetDataAsync()
{
    await Task.Delay(1000);
    return 42;
}

编译器会将其转换为类似以下结构：

// 伪代码：编译器生成的状态机
[CompilerGenerated]
private sealed class <GetDataAsync>d__1 : IAsyncStateMachine
{
    public int <>1__state;
    public AsyncTaskMethodBuilder<int> <>t__builder;
    public YourClass <>4__this;
    private TaskAwaiter <>u__1;
    public void MoveNext()
    {
        int num = <>1__state;
        try
        {
            TaskAwaiter awaiter;
            if (num != 0)
            {
                awaiter = Task.Delay(1000).GetAwaiter();
                if (!awaiter.IsCompleted)
                {
                    <>1__state = 0;
                    <>u__1 = awaiter;
                    <>t__builder.AwaitOnCompleted(ref awaiter, ref this);
                    return;
                }
            }
            else
            {
                awaiter = <>u__1;
                <>u__1 = default(TaskAwaiter);
                <>1__state = -1;
            }
            awaiter.GetResult(); // 清理异常
            <>t__builder.SetResult(42); // 设置返回值
        }
        catch (Exception e)
        {
            <>1__state = -2;
            <>t__builder.SetException(e);
            return;
        }
    }
    public void SetStateMachine(IAsyncStateMachine stateMachine)
    {
        <>t__builder.SetStateMachine(stateMachine);
    }
}

1.3 关键组件解析

1.3.1 AsyncTaskMethodBuilder

  • 负责管理异步方法的生命周期
  • 包含 Task 的创建、状态管理和结果设置
  • 提供 AwaitOnCompleted、SetResult、SetException 等方法

1.3.2 状态机工作流程

  1. 初始状态 (<>1__state = -1)：方法开始执行
  2. 等待状态 (<>1__state = 0)：遇到 await 且任务未完成
  3. 完成状态 (<>1__state = -2)：方法执行完毕或发生异常

1.3.3 await 操作的执行过程

  1. 调用 GetAwaiter() 获取 TaskAwaiter
  2. 检查 IpythonsCompleted 属性
  3. 如果未完成：
    • 保存当前状态
    • 注册 continuation 回调
    • 返回控制权给调用者
  4. 如果已完成：继续执行后续代码

1.4 上下文捕获（Context Capture）

await 默认会捕获当前的 SynchronizationContext 或 TaskScheduler：

public async Task ProcessAsync()
{
    // 捕获当前上下文
    await SomeAsyncOperation();
    // 回到原始上下文执行后续代码
    UpdateUI(); // 在UI线程上执行
}

二、死锁产生的原因

2.1 同步阻塞导致的死锁

最常见的死锁场景：在同步代码中阻塞等待异步操作完成。

// 危险代码 - 可能导致死锁
public int GetData()
{
    // 死锁！等待异步方法完成
    return GetDataAsync().Result;
}
public async Task<int> GetDataAsync()
{
    await Task.Delay(1000);
    return 42;
}

死锁形成过程：

  1. GetData() 调用 GetDataAsync()
  2. GetDataAsync() 开始执行，遇到 await
  3. 线程池线程被释放，GetData() 在主线程阻塞等待
  4. await 完成后，需要回到原始上下文（主线程）继续执行
  5. 但主线程被 Result 阻塞，无法执行 continuation
  6. 形成死锁

2.2 UI线程死锁

在WinForms/wpF应用中特别常见：

private async void Button_Click(object sender, EventArgs e)
{
    // 危险：在UI事件中同步等待
    var result = GetDataAsync().Result;
    textBox.Text = result.ToString();
}

2.3 ASP.NET 经典死锁

在ASP.NET Framework中：

public ActionResult GetData()
{
    // 可能死锁
    var data = GetDataAsync().Result;
    return json(data);
}

三、死锁解决方案

3.1 根本原则：避免同步阻塞

错误做法：

// ❌ 避免使用
var result = DoAsync().Result;
var result = DoAsync().Wait();
var result = DoAsync().GetAwaiter().GetResult();

正确做法：

// ✅ 使用 async/await 链式调用
public async Task<int> GetDataAsync()
{
    return await GetDataAsync();
}

3.2 解决方案一：异步编程链

将同步方法改为异步：

// 原始同步方法
public int GetData()
{
    return GetDataAsync().Result; // 死锁风险
}
// 改为异步方法
public async Task<int> GetDataAsync()
{
    return await GetDataAsync();
}
// 调用者也需要异步
public async Task ProcessAsync()
{
    var data = await GetDataAsync();
    // 处理数据
}

3.3 解决方案二：ConfigureAwait(false)

在类库中使用 ConfigureAwait(false) 避免上下文捕获：

public async Task<int> GetDataAsync()
{
    // 不捕获上下文，避免死锁
    await Task.Delay(1000).ConfigureAwait(false);
    // 继续异步操作
    await AnotherAsyncOperation().ConfigureAwait(false);
    return 42;
}

使用场景：

  • 类库开发
  • 不需要访问UI组件的后台操作
  • ASP.NET Core 应用

3.4 解决方案三：创建新线程执行

当必须同步调用时，使用新线程：

public int GetData()
{
    // 在新线程中执行异步方法
    return Task.Run(async () => await GetDataAsync()).Result;
}

四、最佳实践

4.1 类库开发

// 类库中始终使用 ConfigureAwait(false)
public async Task<ServiceResult> CallServiceAsync()
{
    var response = await httpClient.GetAsync(url)
        .ConfigureAwait(false);
    var content = await response.Content.ReadAsStringAsync()
        .ConfigureAwait(false);
    return JsonConvert.DeserializeObject<ServiceResult>(content);
}

4.2 UI应用开发

// UI事件处理保持异步
private async void Button_Click(object sender, EventArgs e)
{
    try
    {
        button.Enabled = false;
        var result = await GetDataAsync(); // 不使用 .Result
        textBox.Text = result.ToString();
    }
    catch (Exception ex)
    {
        MessageBox.Show(ex.Message);
    }
    finally
    {
        button.Enabled = true;
    }
}

4.3 异步Main方法

// .NET 4.7.1+ 支持 async Main
static async Task<int> Main(string[] args)
{
    try
    {
        await ProcessAsync();
        return 0;
    }
    catch (Exception ex)
    {
        Console.WriteLine(ex.Message);
        return 1;
    }
}

五、总结

  1. async/await 是基于状态机的编译器魔法
  2. 死锁 主要由同步阻塞和上下文捕获引起
  3. 最佳解决方案 是保持异步调用链
  4. 类库开发 应使用 ConfigureAwait(false)
  5. 避免 在异步代码中使用 .Result 和 .Wait()

遵循这些原则，可以安全高效地使用C#的异步编程模型。

到此这篇关于C# async await 实现机制详解的文章就介绍到这了,更多相关c# async await内容请搜索China编程(www.chinasem.cn)以前的编程文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持编程javascriptChina编程(www.chinasem.cn)！

这篇关于C# async await 异步编程实现机制详解的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/1155593。

相关文章

MySQL数据库双机热备的配置方法详解

MySQL数据库双机热备的配置方法详解

《MySQL数据库双机热备的配置方法详解》在企业级应用中,数据库的高可用性和数据的安全性是至关重要的,MySQL作为最流行的开源关系型数据库管理系统之一,提供了多种方式来实现高可用性,其中双机热备（M... 目录1. 环境准备1.1 安装mysql1.2 配置MySQL1.2.1 主服务器配置1.2.2 从
阅读更多...
C++中unordered_set哈希集合的实现

C++中unordered_set哈希集合的实现

《C++中unordered_set哈希集合的实现》std::unordered_set是C++标准库中的无序关联容器,基于哈希表实现,具有元素唯一性和无序性特点,本文就来详细的介绍一下unorder... 目录一、概述二、头文件与命名空间三、常用方法与示例1. 构造与析构2. 迭代器与遍历3. 容量相关4
阅读更多...
C++中悬垂引用(Dangling Reference) 的实现

C++中悬垂引用(Dangling Reference) 的实现

《C++中悬垂引用(DanglingReference)的实现》C++中的悬垂引用指引用绑定的对象被销毁后引用仍存在的情况,会导致访问无效内存,下面就来详细的介绍一下产生的原因以及如何避免,感兴趣... 目录悬垂引用的产生原因1. 引用绑定到局部变量，变量超出作用域后销毁2. 引用绑定到动态分配的对象，对象
阅读更多...
Linux kill正在执行的后台任务 kill进程组使用详解

Linux kill正在执行的后台任务 kill进程组使用详解

《Linuxkill正在执行的后台任务kill进程组使用详解》文章介绍了两个脚本的功能和区别,以及执行这些脚本时遇到的进程管理问题,通过查看进程树、使用`kill`命令和`lsof`命令,分析了子... 目录零. 用到的命令一. 待执行的脚本二. 执行含子进程的脚本，并kill2.1 进程查看2.2 遇到的
阅读更多...
MyBatis常用XML语法详解

MyBatis常用XML语法详解

《MyBatis常用XML语法详解》文章介绍了MyBatis常用XML语法,包括结果映射、查询语句、插入语句、更新语句、删除语句、动态SQL标签以及ehcache.xml文件的使用,感兴趣的朋友跟随小... 目录1、定义结果映射2、查询语句3、插入语句4、更新语句5、删除语句6、动态 SQL 标签7、ehc
阅读更多...
SpringBoot基于注解实现数据库字段回填的完整方案

SpringBoot基于注解实现数据库字段回填的完整方案

《SpringBoot基于注解实现数据库字段回填的完整方案》这篇文章主要为大家详细介绍了SpringBoot如何基于注解实现数据库字段回填的相关方法,文中的示例代码讲解详细,感兴趣的小伙伴可以了解... 目录数据库表pom.XMLRelationFieldRelationFieldMapping基础的一些代
阅读更多...
Java HashMap的底层实现原理深度解析

Java HashMap的底层实现原理深度解析

《JavaHashMap的底层实现原理深度解析》HashMap基于数组+链表+红黑树结构,通过哈希算法和扩容机制优化性能,负载因子与树化阈值平衡效率,是Java开发必备的高效数据结构,本文给大家介绍... 目录一、概述：HashMap的宏观结构二、核心数据结构解析1. 数组（桶数组）2. 链表节点（Node
阅读更多...
Java AOP面向切面编程的概念和实现方式

Java AOP面向切面编程的概念和实现方式

《JavaAOP面向切面编程的概念和实现方式》AOP是面向切面编程,通过动态代理将横切关注点（如日志、事务）与核心业务逻辑分离,提升代码复用性和可维护性,本文给大家介绍JavaAOP面向切面编程的概... 目录一、AOP 是什么？二、AOP 的核心概念与实现方式核心概念实现方式三、Spring AOP 的关
阅读更多...
详解SpringBoot+Ehcache使用示例

详解SpringBoot+Ehcache使用示例

《详解SpringBoot+Ehcache使用示例》本文介绍了SpringBoot中配置Ehcache、自定义get/set方式,并实际使用缓存的过程,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者... 目录摘要概念内存与磁盘持久化存储：配置灵活性：编码示例引入依赖：配置ehcache.XML文件：配置
阅读更多...
从基础到高级详解Go语言中错误处理的实践指南

从基础到高级详解Go语言中错误处理的实践指南

《从基础到高级详解Go语言中错误处理的实践指南》Go语言采用了一种独特而明确的错误处理哲学,与其他主流编程语言形成鲜明对比,本文将为大家详细介绍Go语言中错误处理详细方法,希望对大家有所帮助... 目录1 Go 错误处理哲学与核心机制1.1 错误接口设计1.2 错误与异常的区别2 错误创建与检查2.1 基础
阅读更多...

Copyright China编程 23002807@qq.com

沪ICP备2023033072号-2