【C# TAP 异步编程】三、async\await的运作机理详解

【原创】本文只是个人笔记，很多错误，欢迎指出。

环境：vs2022 .net6.0 C#10

参考：https://blog.csdn.net/brook_shi/article/details/50803957

Await 就像一个一元运算符：它接受一个参数，一个可等待的（"awaitable"是一个异步操作）

使用场景：1、首次显示页面/表单时，需要将其同步初始化为一种"正在加载"状态，然后启动异步操作以检索所需的数据。稍后，当数据到达时，更新现有页面/表单以显示处于"已加载"状态的数据。同样适用与wpf开发。

异步编程

异步编程就是使用future模式（又称promise）或者回调机制来实现（Non-blocking on waiting）。

如果使用回调或事件来实现（容易callback hell），不仅编写这样的代码不直观，很快就容易把代码搞得一团糟。不过在.NET 4.5（C# 5）中引入的async/await关键字（在.NET 4.0中通过添加Microsoft.Bcl.Async包也可以使用），让编写异步代码变得容易和优雅。通过使用async/await关键字，可以像写同步代码那样编写异步代码，所有的回调和事件处理都交给编译器和运行时帮你处理了。

使用异步编程有两个好处：不阻塞主线程（比如UI线程），提高服务端应用的吞吐量。所以微软推荐ASP.NET中默认使用异步来处理请求。

介绍关键Async 和 Await

异步方法看起来像这样:

public async Task DoSomethingAsync()

{

  // In the Real World, we would actually do something...

  // For this example, we're just going to (asynchronously) wait 100ms.

  await Task.Delay(100);

}

“async”关键字启用该方法中的“await”关键字，并让编译器改变该方法的处理方式，生成一个异步状态机类，将方法内部代码剪切到状态机类的内部，这就是async关键字所做的一切!它不会在线程池线程上运行此方法。async关键字只启用await关键字(并管理方法结果)。

异步方法的开始就像其他方法一样执行。也就是说，它同步运行，直到遇到“await”(或抛出异常)。
await关键字是可以实现异步的地方。Await就像一个一元操作符:它只接受一个参数，一个awaitable(“awaitable”是一个异步操作)。Await检查Await，看看它是否已经完成;如果awaitable已经完成，那么该方法将继续运行(同步运行，就像常规方法一样)。
如果“await”看到awaitable还没有完成，那么它将采取异步操作。它告诉awaitable在完成时运行该方法的剩余部分，然后从async方法返回。
稍后，当awaitable完成时，它将执行async方法的其余部分。如果你正在等待一个内置的awaitable(比如一个任务)，那么async方法的其余部分将在“await”返回之前捕获的“上下文”上执行。
我喜欢将“等待”视为“异步等待”。也就是说，async方法会暂停直到awaitable完成(所以它会等待)，但实际的线程没有被阻塞(所以它是异步的)。

等待者模式

Await/Async 异步使模式使用的是等待者模式。等待者模式要求等待者公开IsCompleted属性，GetResult方法和OnCompleted方法（可选地带有UnsafeOnCompleted方法，unsafe表示不使用可执行上下回导致漏洞）。

Awaitable-可等待类型

正如我所提到的，"await"采用单个参数 - 一个"awaitable" - 这是一个异步操作。.NET 框架中已经有两种常见的可等待类型：Task<T> 和 Task。
特殊方法（如"Task.Yield"）返回YieldAwaitable可等待对象，并且 WinRT 运行时（在 Windows 8 中提供）具有非托管的可等待类型。
您还可以创建自己的可等待类型（通常出于性能原因），或使用扩展方法使不可等待的类型可等待。
关于 awaitables 的一个要点是：它是可等待的类型，而不是返回该类型的方法。换句话说，您可以等待返回 Task ...因为该方法返回 Task，而不是因为它是异步的。因此，您也可以等待返回 Task 的非异步方法的结果：

public async Task NewStuffAsync()

{

  // 异步方法

  await ...

}

public Task MyOldTaskParallelLibraryCode()

{

  // 不是异步方法

  ...

}

public async Task ComposeAsync()

{

  // We can await Tasks, regardless of where they come from.

  await NewStuffAsync();

  await MyOldTaskParallelLibraryCode();

}

返回类型

异步方法可以返回 Task<T>、Task 或 void。在几乎所有情况下，您都希望返回 Task<T> 或 Task，并且仅在必要时返回 void。

为什么要返回 Task<T> 或 Task？因为它们是可以等待的，而虚空不是。因此，如果您有一个异步方法返回 Task<T> 或 Task，则可以将结果传递给等待。使用void方法，您无需等待任何东西。

当您具有异步事件处理程序时，必须返回 void。

返回值

返回 Task 或 void 的异步方法没有返回值。返回 Task<T> 的异步方法必须返回 T 类型的值：

public async Task<int> CalculateAnswer()

{

  await Task.Delay(100); // (Probably should be longer...)

  // Return a type of "int", not "Task<int>"

  return 42;

}

这有点奇怪，但这种设计背后有很好的理由。

问：为什么我不能写这个：

// Hypothetical syntax

public async int GetValue()

{

  await TaskEx.Delay(100);

  return 13; // Return type is "int"

}

考虑一下：方法签名对调用方的外观如何？返回值的类型为是可等待的对象，那么我们对异步方法调用时候可以给该方法或对象标注成await。如果其他类型我们将很难判断该方法是否可以标注成await。

上下文

在概述中，我提到，当您等待内置的可等待对象时，等待对象将捕获当前的"上下文"，然后将其应用于异步方法的其余部分。这个"背景"到底是什么？

简单的答案：

如果你位于 UI 线程上，则它是 UI 上下文。
如果您正在响应 ASP.NET 请求，则这是一个 ASP.NET 请求上下文。
否则，它通常是线程池上下文。

复杂的答案：

如果 SynchronizationContext.Current 不为 null，则它是当前的 SyncContext。（UI 和 ASP.NET 请求上下文是同步上下文上下文）。
否则，它是当前的 TaskScheduler（TaskScheduler.Default 是线程池上下文）。

这在现实世界中意味着什么？首先，捕获（和还原）UI/ASP.NET 上下文是透明完成的：

// WinForms example (it works exactly the same for WPF).

private async void DownloadFileButton_Click(object sender, EventArgs e)

{

  // Since we asynchronously wait, the UI thread is not blocked by the file download.

  await DownloadFileAsync(fileNameTextBox.Text);

  // Since we resume on the UI context, we can directly access UI elements.

  resultTextBox.Text = "File downloaded!";

}

// ASP.NET example

protected async void MyButton_Click(object sender, EventArgs e)

{

  // Since we asynchronously wait, the ASP.NET thread is not blocked by the file download.

  // This allows the thread to handle other requests while we're waiting.

  await DownloadFileAsync(...);

  // Since we resume on the ASP.NET context, we can access the current request.

  // We may actually be on another *thread*, but we have the same ASP.NET request context.

  Response.Write("File downloaded!");

}

这对于事件处理程序非常有用，但事实证明，它不是您希望大多数其他代码（实际上，您将要编写的大多数异步代码）所需要的。

避免上下文

大多数情况下，您不需要同步回"主要"上下文。大多数异步方法在设计时都会考虑组合：它们等待其他操作，每个操作本身都表示一个异步操作（可以由其他操作组成）。在这种情况下，您希望通过调用 ConfigureAwait 并传递 false 来告诉等待者不要捕获当前上下文，例如：

private async Task DownloadFileAsync(string fileName)

{

  // Use HttpClient or whatever to download the file contents.

  var fileContents = await DownloadFileContentsAsync(fileName).ConfigureAwait(false);

  // Note that because of the ConfigureAwait(false), we are not on the original context here.

  // Instead, we're running on the thread pool.

  // Write the file contents out to a disk file.

  await WriteToDiskAsync(fileName, fileContents).ConfigureAwait(false);

  // The second call to ConfigureAwait(false) is not *required*, but it is Good Practice.

}

// WinForms example (it works exactly the same for WPF).

private async void DownloadFileButton_Click(object sender, EventArgs e)

{

  // Since we asynchronously wait, the UI thread is not blocked by the file download.

  await DownloadFileAsync(fileNameTextBox.Text);

  // Since we resume on the UI context, we can directly access UI elements.

  resultTextBox.Text = "File downloaded!";

}

此示例需要注意的重要一点是，异步方法调用的每个"级别"都有自己的上下文。DownloadFileButton_Click在 UI 上下文中启动，名为 DownloadFileAsync。DownloadFileAsync 也在 UI 上下文中启动，但随后通过调用 ConfigureAwait（false）退出了其上下文。下载文件异步的其余部分在线程池上下文中运行。但是，当 DownloadFileAsync 完成并DownloadFileButton_Click恢复时，它会在 UI 上下文中恢复。

一个好的经验法则是使用 ConfigureAwait（false），除非您知道确实需要上下文。

异步组合

到目前为止，我们只考虑了串行组合：异步方法一次等待一个操作。也可以启动多个操作并等待其中一个（或所有）完成。您可以通过启动操作来执行此操作，但直到稍后才等待它们：

public async Task DoOperationsConcurrentlyAsync()

{

  Task[] tasks = new Task[3];

  tasks[0] = DoOperation0Async();

  tasks[1] = DoOperation1Async();

  tasks[2] = DoOperation2Async();

  // At this point, all three tasks are running at the same time.

  // Now, we await them all.

  await Task.WhenAll(tasks);

}

public async Task<int> GetFirstToRespondAsync()

{

  // Call two web services; take the first response.

  Task<int>[] tasks = new[] { WebService1Async(), WebService2Async() };

  // Await for the first one to respond.

  Task<int> firstTask = await Task.WhenAny(tasks);

  // Return the result.

  return await firstTask;

}

通过使用并发组合（Task.WhenAll 或 Task.WhenAny），可以执行简单的并发操作。您还可以将这些方法与 Task.Run 一起使用，以进行简单的并行计算。但是，这不能替代任务并行库 - 任何高级 CPU 密集型并行操作都应使用 TPL 完成。

原文：异步和等待 (stephencleary.com)

异步的使用心得

当你省略await/async时候异常的报错方式也会不一样。
所以你当你理解异步原理后，还是建议不要省略await/async。

Task 无疑是一个现代 OVERLAPPED 抽象。它表示一些工作，通常是 I/O 密集型的，可以由 CPU 之外的某些工作完成，并且当该工作完成时，任务将收到通知。
事件处理程序是从同步角度设计的，这就是为什么将它们与异步一起使用是很尴尬的原因。

async\await的代码运行顺序

通过分析一段代码运行来了解async\await的运作机理（本案例是控制台应用程序）

namespace MyTask;

class Program

{

    public static void Main(string[] args)

    {

        Task<int> baconTask = GetUrlContentLengthAsync(3);

        baconTask.ContinueWith(t => Console.WriteLine(t.Result));

        Console.Read();

    }

    static async Task<int> GetUrlContentLengthAsync(int slices)

    {

        HttpClient httpClient = new();

        //********* 也可以合并起来写*********//

       // string content = await httpClient.GetStringAsync("https://www.cnblogs.com/majiang/p/7899202.html");


        //将生成TaskAwaiter的等待器，该等待器继承 ITaskAwaiter

         Task<string> getContent=  httpClient.GetStringAsync("https://www.cnblogs.com/majiang/p/7899202.html");

          string content = await getContent;

        //await getContent反编译后是awaiter = <getContent>5__2.GetAwaiter();

        DoInDependentWork();

        return content.Length;

    }

    static void DoInDependentWork()

    {

        Console.WriteLine($"content.Length:Working");

    }

}

备用改进后的代码,输出线程的变化

using System.Runtime.CompilerServices;

namespace MyTask;

class Program

{

    public static void Main(string[] args)

    {

        Console.WriteLine("mian方法在异步方法 标志之前的线程：{0}", Environment.CurrentManagedThreadId);

        Task<int> baconTask = GetUrlContentLengthAsync(3);

        //   baconTask.ContinueWith(t => Console.WriteLine(t.Result));

        baconTask.Wait();

        Console.WriteLine("mian方法在异步方法 标志之后的线程：{0}", Environment.CurrentManagedThreadId);

        Console.Read();

    }

    static async Task<int> GetUrlContentLengthAsync(int slices)

    {

        Console.WriteLine("异步方法在await 标志之前的线程：{0}", Environment.CurrentManagedThreadId);

        HttpClient httpClient = new();

        // string content = await httpClient.GetStringAsync("https://www.cnblogs.com/majiang/p/7899202.html");

        Task<string> getContent = httpClient.GetStringAsync("https://www.cnblogs.com/majiang/p/7899202.html");

        string content = await getContent;

        //await getContent反编译后是awaiter = <getContent>5__2.GetAwaiter();

        Console.WriteLine("异步方法在await 标志之后的线程：{0}",Environment.CurrentManagedThreadId);

        return content.Length;

    }

    static void DoInDependentWork()

    {

        Console.WriteLine($"content.Length:Working");

    }

}

/*

输出

mian方法在异步方法 标志之前的线程：1

异步方法在await 标志之前的线程：1

异步方法在await 标志之后的线程：10

mian方法在异步方法 标志之后的线程：1

*/

IL反编译后的代码

// MyTask.Program

using System;

using System.Diagnostics;

using System.Net.Http;

using System.Runtime.CompilerServices;

using System.Threading.Tasks;

using MyTask;

[System.Runtime.CompilerServices.NullableContext(1)]

[System.Runtime.CompilerServices.Nullable(0)]

internal class Program

{

    [Serializable]

    [CompilerGenerated]

    private sealed class <>c

    {

        [System.Runtime.CompilerServices.Nullable(0)]

        public static readonly <>c <>9 = new <>c();

        [System.Runtime.CompilerServices.Nullable(new byte[] { 0, 1 })]

        public static Action<Task<int>> <>9__0_0;

        internal void <Main>b__0_0(Task<int> t)

        {

            Console.WriteLine(t.Result);

        }

    }

    [CompilerGenerated]

    private sealed class <GetUrlContentLengthAsync>d__1 : IAsyncStateMachine

    {

        public int <>1__state;

        [System.Runtime.CompilerServices.Nullable(0)]

        public AsyncTaskMethodBuilder<int> <>t__builder;

        public int slices;

        [System.Runtime.CompilerServices.Nullable(0)]

        private HttpClient <httpClient>5__1;

        [System.Runtime.CompilerServices.Nullable(new byte[] { 0, 1 })]

        private Task<string> <getContent>5__2;

        [System.Runtime.CompilerServices.Nullable(0)]

        private string <content>5__3;

        [System.Runtime.CompilerServices.Nullable(0)]

        private string <>s__4;

        [System.Runtime.CompilerServices.Nullable(new byte[] { 0, 1 })]

        private TaskAwaiter<string> <>u__1;

        private void MoveNext()

        {

            int num = <>1__state;

            int length;

            try

            {

                TaskAwaiter<string> awaiter;

                if (num != 0)

                {

                    <httpClient>5__1 = new HttpClient();

                    <getContent>5__2 = <httpClient>5__1.GetStringAsync("https://www.cnblogs.com/majiang/p/7899202.html");

                    awaiter = <getContent>5__2.GetAwaiter();

                    if (!awaiter.IsCompleted)

                    {

                        num = (<>1__state = 0);

                        <>u__1 = awaiter;

                        <GetUrlContentLengthAsync>d__1 stateMachine = this;

                        <>t__builder.AwaitUnsafeOnCompleted(ref awaiter, ref stateMachine);

                        return;

                    }

                }

                else

                {

                    awaiter = <>u__1;

                    <>u__1 = default(TaskAwaiter<string>);

                    num = (<>1__state = -1);

                }

                <>s__4 = awaiter.GetResult();

                <content>5__3 = <>s__4;

                <>s__4 = null;

                DoInDependentWork();

                length = <content>5__3.Length;

            }

            catch (Exception exception)

            {

                <>1__state = -2;

                <httpClient>5__1 = null;

                <getContent>5__2 = null;

                <content>5__3 = null;

                <>t__builder.SetException(exception);

                return;

            }

            <>1__state = -2;

            <httpClient>5__1 = null;

            <getContent>5__2 = null;

            <content>5__3 = null;

            <>t__builder.SetResult(length);

        }

        void IAsyncStateMachine.MoveNext()

        {

            //ILSpy generated this explicit interface implementation from .override directive in MoveNext

            this.MoveNext();

        }

        [DebuggerHidden]

        private void SetStateMachine(IAsyncStateMachine stateMachine)

        {

        }

        void IAsyncStateMachine.SetStateMachine(IAsyncStateMachine stateMachine)

        {

            //ILSpy generated this explicit interface implementation from .override directive in SetStateMachine

            this.SetStateMachine(stateMachine);

        }

    }

    public static void Main(string[] args)

    {

        Task<int> baconTask = GetUrlContentLengthAsync(3);

        baconTask.ContinueWith(<>c.<>9__0_0 ?? (<>c.<>9__0_0 = new Action<Task<int>>(<>c.<>9.<Main>b__0_0)));

        Console.Read();

    }

    [AsyncStateMachine(typeof(<GetUrlContentLengthAsync>d__1))]

    [DebuggerStepThrough]

    private static Task<int> GetUrlContentLengthAsync(int slices)

    {

        <GetUrlContentLengthAsync>d__1 stateMachine = new <GetUrlContentLengthAsync>d__1();

        stateMachine.<>t__builder = AsyncTaskMethodBuilder<int>.Create();

        stateMachine.slices = slices;

        stateMachine.<>1__state = -1;

        stateMachine.<>t__builder.Start(ref stateMachine);

        return stateMachine.<>t__builder.Task;

    }

    private static void DoInDependentWork()

    {

        Console.WriteLine("content.Length:Working");

    }

}

通过IL代码我们可以分析出整个代码运行过程如下：

关系图中的数字对应于以下步骤，在调用方法调用异步方法时启动。

Main调用方法调用并等待 GetUrlContentLengthAsync 异步方法。
GetUrlContentLengthAsync 可创建 HttpClient 实例并调用 GetStringAsync 异步方法以下载网站内容作为字符串。
GetStringAsync 中发生了某种情况，该情况挂起了它的进程。可能必须等待网站下载或一些其他阻止活动。为避免阻止资源，GetStringAsync 会将控制权出让给其调用方 GetUrlContentLengthAsync。

GetStringAsync 返回 Task<TResult>，其中 TResult 为字符串，并且 GetUrlContentLengthAsync 将任务分配给 getStringTask 变量。该任务表示调用 GetStringAsync 的正在进行的进程，其中承诺当工作完成时产生实际字符串值。
由于尚未等待 getStringTask，因此，GetUrlContentLengthAsync 可以继续执行不依赖于 GetStringAsync 得出的最终结果的其他工作。该任务由对同步方法 DoIndependentWork 的调用表示。
DoIndependentWork 是完成其工作并返回其调用方的同步方法。
GetUrlContentLengthAsync 已运行完毕，可以不受 getStringTask 的结果影响。接下来，GetUrlContentLengthAsync 需要计算并返回已下载的字符串的长度，但该方法只有在获得字符串的情况下才能计算该值。

因此，GetUrlContentLengthAsync 使用一个 await 运算符来挂起其进度，并把控制权交给调用 GetUrlContentLengthAsync 的方法。 GetUrlContentLengthAsync 将 Task<int> 返回给调用方。该任务表示对产生下载字符串长度的整数结果的一个承诺。

备注

如果 GetStringAsync（因此 getStringTask）在 GetUrlContentLengthAsync 等待前完成，则控制会保留在 GetUrlContentLengthAsync 中。如果异步调用过程 getStringTask 已完成，并且 GetUrlContentLengthAsync 不必等待最终结果，则挂起然后返回到 GetUrlContentLengthAsync 将造成成本浪费。

在调用方法中，处理模式会继续。在等待结果前，调用方可以开展不依赖于 GetUrlContentLengthAsync 结果的其他工作，否则就需等待片刻。调用方法等待 GetUrlContentLengthAsync，而 GetUrlContentLengthAsync 等待 GetStringAsync。
GetStringAsync 完成并生成一个字符串结果。字符串结果不是通过按你预期的方式调用 GetStringAsync 所返回的。（记住，该方法已返回步骤 3 中的一个任务）。相反，字符串结果存储在表示 getStringTask 方法完成的任务中。 await 运算符从 getStringTask 中检索结果。赋值语句将检索到的结果赋给 contents。
当 GetUrlContentLengthAsync 具有字符串结果时，该方法可以计算字符串长度。然后，GetUrlContentLengthAsync 工作也将完成，并且等待事件处理程序可继续使用。在此主题结尾处的完整示例中，可确认事件处理程序检索并打印长度结果的值。如果你不熟悉异步编程，请花 1 分钟时间考虑同步行为和异步行为之间的差异。当其工作完成时（第 5 步）会返回一个同步方法，但当其工作挂起时（第 3 步和第 6 步），异步方法会返回一个任务值。在异步方法最终完成其工作时，任务会标记为已完成，而结果（如果有）将存储在任务中。

以上内容来自：https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/csharp/programming-guide/concepts/async/task-asynchronous-programming-model

async\await的运行机理

反编译后我们可以看到async\await的运作机理主要分为分异步状态机和等待器，现在我主要来讲解着两部分的运行机制。

1、异步状态机

（1）异步状态机始状态是-1；

（2）运行第一个【等待器】期间异步状态机的状态是0。

（3）第一个【等待器】完成后异步状态机状态恢复-1。

（4）运行等二个【等待器】期间异步状态机的状态是1，后面【等待器】以此类推。

（5）当所有的等待器都完成后，异步状态机的状态为-2。

异步状态机的组成

2、等待器

TaskAwaiter等待器

第一个案例中代码await httpClient.GetStringAsync("https://www.cnblogs.com/majiang/p/7899202.html")；生成TaskAwaiter类型等待器。该类型等待器继承ITaskAwaiter接口

（1）有返回值的等待器，它返回值就是异步方法public Task<TResult> GetStringAsync(string? requestUri)返回值Task<TResult> 中的TResult。

此例子中httpClient.GetStringAsync(）返回值是Task<string>。

所以等待器 TaskAwaiter的返回值是 string（Task<string>中的string）。

ConfiguredTaskAwaiter等待器

通过第以下代码了解等二种等待器类型

await httpClient.GetStringAsync("https://www.cnblogs.com/majiang/p/7899202.html").ConfigureAwait(false)；生成ConfiguredTaskAwaitable<string>.ConfiguredTaskAwaiter类型等待器.
该等待器将被设置成bool m_continueOnCapturedContext属性被设置成fasle,  该等待器继承IConfiguredTaskAwaiter接口。

StateMachineBoxAwareAwaiter等待器

await Task.Yield();生成IStateMachineBoxAwareAwaiter类型等待器.，该类型的等待器继承自IStateMachineBoxAwareAwaiter接口

Task.Yield 简单来说就是创建时就已经完成的 Task ，或者说执行时间为0的 Task ，或者说是空任务。
我们知道在 await 时会释放当前线程，等所 await 的 Task 完成时会从线程池中申请新的线程继续执行 await 之后的代码，这本来是为了解决异步操作（比如IO操作）霸占线程实际却用不到线程的问题，而 Task.Yield 却产生了一个不仅没有异步操作而且什么也不干的 Task ，不是吃饱了撑着吗？
真正的图谋是借助 await 实现线程的切换，让 await 之后的操作重新排队从线程池中申请线程继续执行。
将不太重要的比较耗时的操作放在新的线程（重新排队从线程池中申请到的线程）中执行。

3、通过IL代码，查看异步的执行过程，以及最后是如何把任务交给线程池运行

异步代码大概运行顺序：

步骤1、主程序main调用异步f方法GetUrlContentLengthAsync()

步骤2、GetUrlContentLengthAsync();完成状态机初始化，然后调用状态机中异步任务方法构建器中的开始函数：stateMachine.<>t__builder.Start(ref stateMachine);

步骤3、运行Start（）函数中的AsyncMethodBuilderCore.Start(ref stateMachine);语句，保存当前线程的ExecutionContext（执行状态机）和SynchronizationContext（同步状态机），然后执行stateMachine.MoveNext();

该语句调用状态机的 MoveNext（）方法；步骤4 开始进入状态机的MoveNext（）方法；

步骤4、生成等待器 awaiter = <getContent>5__2.GetAwaiter(); 将状态机更改成0；然后运行<>t__builder.AwaitUnsafeOnCompleted(ref awaiter, ref stateMachine);

步骤5开始，就是任务是一步一步被送入线程池运行，然后程序把控制权还给调用程序main。

步骤5、运行AwaitUnsafeOnCompleted(ref awaiter, ref stateMachine, ref m_task);

步骤6、生成状态机盒子，将状态机和当前线程执行上下文封装入状态机代码如下：

IAsyncStateMachineBox stateMachineBox = GetStateMachineBox(ref stateMachine, ref taskField);

然后运行AwaitUnsafeOnCompleted(ref awaiter, stateMachineBox);

步骤7、执行以下代码。根据不同的等待器类型，选择进入askAwaiter.UnsafeOnCompletedInternal（）方法中。

 //第一种等待器 获取同步上下文

     if (default(TAwaiter) != null && awaiter is ITaskAwaiter)

    {

        TaskAwaiter.UnsafeOnCompletedInternal(Unsafe.As<TAwaiter, TaskAwaiter>(ref awaiter).m_task, box, true);

        return;

    }

    //第二种等待器   根据初始化设置决定要不要获取同步上下文

    if (default(TAwaiter) != null && awaiter is IConfiguredTaskAwaiter)

    {

        ref ConfiguredTaskAwaitable.ConfiguredTaskAwaiter reference = ref Unsafe.As<TAwaiter, ConfiguredTaskAwaitable.ConfiguredTaskAwaiter>(ref awaiter);

        TaskAwaiter.UnsafeOnCompletedInternal(reference.m_task, box, reference.m_continueOnCapturedContext);

        return;

    }

//第三种等待器

    if (default(TAwaiter) != null && awaiter is IStateMachineBoxAwareAwaiter)

    {

        try

        {

            ((IStateMachineBoxAwareAwaiter)(object)awaiter).AwaitUnsafeOnCompleted(box);

            return;

        }

        catch (Exception exception)

        {

            System.Threading.Tasks.Task.ThrowAsync(exception, null);

            return;

        }

    }

TaskAwaiter.UnsafeOnCompletedInternal方法声明如下：

internal static void UnsafeOnCompletedInternal(Task task, IAsyncStateMachineBox stateMachineBox, bool continueOnCapturedContext)

步骤8、然后运行以下代码，进入 task.SetContinuationForAwait（）方法中

internal static void UnsafeOnCompletedInternal(Task task, IAsyncStateMachineBox stateMachineBox, bool continueOnCapturedContext)

{

    if (TplEventSource.Log.IsEnabled() || Task.s_asyncDebuggingEnabled)

    {

        task.SetContinuationForAwait(OutputWaitEtwEvents(task, stateMachineBox.MoveNextAction), continueOnCapturedContext, false);

    }

    else

    {

        task.UnsafeSetContinuationForAwait(stateMachineBox, continueOnCapturedContext);

    }

}

运行OutputWaitEtwEvents(task, stateMachineBox.MoveNextAction，将任务和状态机的moveNext()封装成新的委托。然后task.SetContinuationForAwait（）运行该委托。

捕获当前同步上下文，

步骤9、运行以下代码，这时候就用到了步骤7 提到的参数continueOnCapturedContext。由于步骤7传入是true 所以该方法就获取了SynchronizationContext同步上下文。

internal void SetContinuationForAwait(Action continuationAction, bool continueOnCapturedContext, bool flowExecutionContext)

{

    TaskContinuation taskContinuation = null;

    if (continueOnCapturedContext)

    {

        SynchronizationContext current = SynchronizationContext.Current;//获取SynchronizationContext同步上下文，控制台程序为null，ui程序该项不为null

        if (current != null && current.GetType() != typeof(SynchronizationContext))

        {

           //SynchronizationContext不等于null线程执行这一步

            taskContinuation = new SynchronizationContextAwaitTaskContinuation(current, continuationAction, flowExecutionContext);//将同步上希望一起封装入了实例TaskContinuation中

        }

        else

        {

           //SynchronizationContext等于null线程执行这一步

            TaskScheduler internalCurrent = TaskScheduler.InternalCurrent;

            if (internalCurrent != null && internalCurrent != TaskScheduler.Default)

            {

                taskContinuation = new TaskSchedulerAwaitTaskContinuation(internalCurrent, continuationAction, flowExecutionContext);

            }

        }

    }

    if (taskContinuation == null && flowExecutionContext)

    {

        taskContinuation = new AwaitTaskContinuation(continuationAction, true);

    }

    if (taskContinuation != null)

    {

        if (!AddTaskContinuation(taskContinuation, false))

        {

           //当线程池中的线程完成任务后该线程 会用taskContinuation.Run（）中的SynchronizationContext同步上下文运行异步方法中剩下代码。//由于控制台没有显示的SynchronizationContext（控制台有默认的SynchronizationContext），
           // 默认的SynchronizationContext没有转移控执行权的功能,所以控制台会继续使用多线程执行剩下异步方法中的代码。默认的SynchronizationContext内部有计数器来保证剩余的异步方法只执行一次。

          //  但是ui线程有SynchronizationContext同步上下文DispachuerSynchronizationContext，该同步上下文会让会执行权转移到回到主线程，让主线程执行剩下的异步方法中的代码，如果主线程中调用方法中使用task.wait()或者task<Tresult>.result ，
           //那么就会形成死锁。

            taskContinuation.Run(this, false);

        }

    }

    else if (!AddTaskContinuation(continuationAction, false))

    {

       //continueOnCapturedContext=false 执行这一步

AwaitTaskContinuation.UnsafeScheduleAction(continuationAction, this); } }

步骤10、跟踪到这里，终于看到真面目了，UnsafeQueueUserWorkItemInternal（）方法向线程池的操作请求队列添加一个工作项以及其他数据项目，然后方法就会立即返回（回到最开始的调用位置）。我知道还可以继续跟着，但我觉得跟踪到这边已经够了。

internal static void UnsafeScheduleAction(Action action, Task task)

{

    AwaitTaskContinuation awaitTaskContinuation = new AwaitTaskContinuation(action, false);

    TplEventSource log = TplEventSource.Log;

    if (log.IsEnabled() && task != null)

    {

        awaitTaskContinuation.m_continuationId = Task.NewId();

        log.AwaitTaskContinuationScheduled((task.ExecutingTaskScheduler ?? TaskScheduler.Default).Id, task.Id, awaitTaskContinuation.m_continuationId);

    }

    ThreadPool.UnsafeQueueUserWorkItemInternal(awaitTaskContinuation, true);

}

回到最开始的调用位置<>t__builder.AwaitUnsafeOnCompleted(ref awaiter, ref stateMachine);

然后执行return；将控制权还给主程序。

private void MoveNext()

    {

        int num = <>1__state;

        int length;

        try

        {

            TaskAwaiter<string> awaiter;

            if (num != 0)

            {

                <httpClient>5__1 = new HttpClient();

                <getContent>5__2 = <httpClient>5__1.GetStringAsync("https://www.cnblogs.com/majiang/p/7899202.html");

                awaiter = <getContent>5__2.GetAwaiter();

                if (!awaiter.IsCompleted)

                {

                    num = (<>1__state = 0);

                    <>u__1 = awaiter;

                    <GetUrlContentLengthAsync>d__1 stateMachine = this;

                    <>t__builder.AwaitUnsafeOnCompleted(ref awaiter, ref stateMachine);

                    return;

                }

            }

最终线程池中的某个线程会处理该工作项。

参考： https://www.cnblogs.com/lsxqw2004/p/4922374.html