15.5.3 【Task实现细节】状态机的结构
状态机的整体结构非常简单。它总是使用显式接口实现,以实现.NET 4.5引入的 IAsync StateMachine 接口,并且只包含该接口声明的两个方法,即 MoveNext 和 SetStateMachine 。
此外,它还拥有大量私有或公共字段。 状态机的声明在折叠后如代码清单15-11所示:
[CompilerGenerated]
private struct DemoStateMachine : IAsyncStateMachine
{
// Fields for parameters
public IEnumerable<char> text; // Fields for local variables
public IEnumerator<char> iterator;
public char ch;
public int total;
public int unicode; // Fields for awaiters
private TaskAwaiter taskAwaiter;
private YieldAwaitable.YieldAwaiter yieldAwaiter; // Common infrastructure
public int state;
public AsyncTaskMethodBuilder<int> builder;
private object stack; void IAsyncStateMachine.MoveNext()
{..............}
}
在这段代码中,我将字段分割为不同的部分。我们已经知道表示原始参数的 text 字段 是由 骨架方法设置的,而 builder 和 state 字段亦是如此,三者皆是所有状态机共享的通用基础设施。
由于需在多次调用 MoveNext() 方法时保存变量的值,因此每个局部变量也同样拥有着自己 的字段 。有时局部变量只在两个特殊的 await 表达式之间使用,而无须保存在字段中,但就我 的经验来说,当前实现总是会将它们提升为字段。此外,这么做还可以改善调试体验,即使没有 代码再使用它们,也无须担心局部变量丢值了。
异步方法中使用的 awaiter 如果是值类型,则每个类型都会有一个字段与之对应,而如果是 引用类型(编译时的类型),则所有 awaiter 共享一个字段。本例有两个 await 表达式,分别使 用两个不同的 awaiter 结构类型,因此有两个字段 。如果第二个 await 表达式也使用了一个 TaskAwaiter ,或者如果 TaskAwiater 和 YieldAwiter 都是类,则只会有一个字段。由于一次 只能存活一个 awaiter ,因此即使一次只能存储一个值也没关系。我们需要在多个 await 表达式 之间传播awaiter,这样就可以在操作完成时得到结果。 有关通用的基础设施字段 ,我们已经了解了其中的 state 和 builder 。 state 用于跟踪踪 迹,这样后续操作可回到代码中正确的位置。 builder 具有很多功能,包括创建骨架方法返回的 Task 和 Task<T> ,即异步方法结束时传播的任务,其内包含有正确结果。 stack 字段略微有点晦 涩。当 await 表达式作为语句的一部分出现,并需要跟踪一些额外的状态,而这些状态又没有表 示为普通的局部变量时,才会用到 stack 字段。15.5.6节将介绍一个相关示例,该示例不会用于 代码清单15-11生成的状态机中。
编译器的所有魔法都体现在 MoveNext() 方法中,但在介绍它之前,我们先来快速浏览一下 SetStateMachine 。在每个状态机中,它都具有完全相同的实现,如下所示:
[DebuggerHidden]
void IAsyncStateMachine.SetStateMachine(IAsyncStateMachine machine)
{
builder.SetStateMachine(machine);
}
简单来说,该方法的作用是:在builder内部,让一个已装箱状态机的复本保留有对自身的引 用。我不想深入介绍如何管理所有的装箱,你只需了解状态机可在必要时得到装箱,同时,异步 机制的各方面可保证在装箱后,还会一直使用这个已装箱的复本。这非常重要,因为我们使用的 是可变值类型(不寒而栗!)。如果允许对状态机的不同复本进行不同的修改,那么整个程序很快 就会崩溃。
换一个角度来说(如果你开始认真思考状态机的实例变量是如何传播的,这就会变得很重 要),状态机之所以设计为 struct ,就是为了避免早期不必要的堆分配,但大多数代码都将其视 作一个类。围绕 SetStateMachine 的那些引用,让这一切正常运作。
所有代码如下:
class DecompilationSampleDecompiled
{
static void Main()
{
Task<int> task = SumCharactersAsync("test");
Console.WriteLine(task.Result);
} [DebuggerStepThrough]
[AsyncStateMachine(typeof(DemoStateMachine))]
static Task<int> SumCharactersAsync(IEnumerable<char> text)
{
var machine = new DemoStateMachine();
machine.text = text;
machine.builder = AsyncTaskMethodBuilder<int>.Create();
machine.state = -;
machine.builder.Start(ref machine);
return machine.builder.Task;
} [CompilerGenerated]
private struct DemoStateMachine : IAsyncStateMachine
{
// Fields for parameters
public IEnumerable<char> text; // Fields for local variables
public IEnumerator<char> iterator;
public char ch;
public int total;
public int unicode; // Fields for awaiters
private TaskAwaiter taskAwaiter;
private YieldAwaitable.YieldAwaiter yieldAwaiter; // Common infrastructure
public int state;
public AsyncTaskMethodBuilder<int> builder;
private object stack; void IAsyncStateMachine.MoveNext()
{
int result = default(int);
try
{
bool doFinallyBodies = true;
switch (state)
{
case -:
goto Done;
case :
goto FirstAwaitContinuation;
case :
goto SecondAwaitContinuation;
}
// Default case - first call (state is -1)
total = ;
iterator = text.GetEnumerator(); // We really want to jump straight to FirstAwaitRealContinuation, but we can't
// goto a label inside a try block...
FirstAwaitContinuation:
// foreach loop
try
{
// for/foreach loops typically have the condition at the end of the generated code.
// We want to go there *unless* we're trying to reach the first continuation.
if (state != )
{
goto LoopCondition;
}
goto FirstAwaitRealContinuation;
LoopBody:
ch = iterator.Current;
unicode = ch;
TaskAwaiter localTaskAwaiter = Task.Delay(unicode).GetAwaiter();
if (localTaskAwaiter.IsCompleted)
{
goto FirstAwaitCompletion;
}
state = ;
taskAwaiter = localTaskAwaiter;
builder.AwaitUnsafeOnCompleted(ref localTaskAwaiter, ref this);
doFinallyBodies = false;
return;
FirstAwaitRealContinuation:
localTaskAwaiter = taskAwaiter;
taskAwaiter = default(TaskAwaiter);
state = -;
FirstAwaitCompletion:
localTaskAwaiter.GetResult();
localTaskAwaiter = default(TaskAwaiter);
total += unicode;
LoopCondition:
if (iterator.MoveNext())
{
goto LoopBody;
}
}
finally
{
if (doFinallyBodies && iterator != null)
{
iterator.Dispose();
}
} // After the loop
YieldAwaitable.YieldAwaiter localYieldAwaiter = Task.Yield().GetAwaiter();
if (localYieldAwaiter.IsCompleted)
{
goto SecondAwaitCompletion;
}
state = ;
yieldAwaiter = localYieldAwaiter;
builder.AwaitUnsafeOnCompleted(ref localYieldAwaiter, ref this);
doFinallyBodies = false;
return; SecondAwaitContinuation:
localYieldAwaiter = yieldAwaiter;
yieldAwaiter = default(YieldAwaitable.YieldAwaiter);
state = -;
SecondAwaitCompletion:
localYieldAwaiter.GetResult();
localYieldAwaiter = default(YieldAwaitable.YieldAwaiter);
result = total;
}
catch (Exception ex)
{
state = -;
builder.SetException(ex);
return;
}
Done:
state = -;
builder.SetResult(result);
} [DebuggerHidden]
void IAsyncStateMachine.SetStateMachine(IAsyncStateMachine machine)
{
builder.SetStateMachine(machine);
}
}
}
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