深入理解Async/Await

C# 5 Async/Await 语法特性，极大地简化了异步编程，但我们知道，异步编程的基本原理并没有发生根本改变。也就是说，当一些复杂的东西看起来很简单时，它通常意味着有一些有趣的事情在背后发生。在计算机程序设计语言领域，我们把这些本身很复杂但看起来很简单的语言特性称为语法糖，通常情况下，我们并不需要深入理解语法糖是怎么被一层一层包裹起来的，但是，最近我在使用.NET Core实现MySQL协议过程中，需要实现一个Awaitable Socket，所以我需要知道Async/Await背后到底发上了什么？

编译器重写

我们通过写一个非常简单的控制台应用程序，一层一层地剥开C#编译器实现的 Async/Await 语法糖。

namespace AsyncAwaitInDepth{class Program{static void Main(string[] args){ }static async int Method(){return 1;}}}

编译上面的C#代码，会出现CS1983 The return type of an async method must be void, Task or Task<T>错误，即编译器告诉我们，异步方法仅限于三个不同的返回类型︰

void
Task
Task

再修改一下代码，让编译器编译通过：

}}

使用ILSpy或者Reflector看看编译器干了什么：

上面的代码可以发现，aynce/await 代码被C#编译器重写了，编译器通过使用三个Builder和动态生成的StateMachine替换掉了我们的代码，而把我们的代码整理到StateMachine的MoveNext()方法内部，三个Builder是：

AsyncVoidMethodBuilder
AsyncTaskMethodBuilder
AsyncTaskMethodBuilder

撇开这三个Builder的内部实现，从接口角度看，他们长得很像，我们只看看AsyncTaskMethodBuilder<T>接口：l

C#编译器动态生成的StateMachine实现了IAsyncStateMachine接口：

AsyncVoidMethodBuilder
AsyncTaskMethodBuilder
AsyncTaskMethodBuilder

我们自己代码中的await Task.Delay(5);表达式，在StateMachine的MoveNext()方法内部被替换成awaiter = Task.Delay(5).GetAwaiter();，然后通过IsCompleted属性判断是否需要启动一个新的线程去执行，最后通过awaiter.GetResult();获取结果，或者是给Builder设置异常builder.SetException(exception);

Awaitables and Awaiters

在.NET中，我们知道Xtable和Xter是一个一对的概念，比如IEnumerable<T>和IEnumerator<T>，上面的代码，我们发现Task，Task<TResult>是可以被awaited的，他们是awaitable，可以通过其GetAwaiter()方法得到awaiter:

awaitable的GetAwaiter()可以是实例方法，也可以是扩展方法。该方法返回的是一个awaiter，该awaiter必须实现INotifyCompletion接口，可选实现ICriticalNotifyCompletion接口，同时，必须提供一个名为IsCompleted bool 属性，必须提供public TResult GetResult()方法。