运行使用 async/await 在 UI 线程上异步执行多个任务如何工作？

Question

一段时间以来，我已经阅读（并使用）了很多async/await，但我仍然有一个问题无法得到答案。假设我有这个代码。

private async void workAsyncBtn_Click(object sender, EventArgs e)
{
    var myTask = _asyncAwaitExcamples.DoHeavyWorkAsync(5);
    await myTask;
    statusTextBox.Text += "\r\n DoHeavyWorkAsync message";
}

它从 UI 线程调用并返回到 UI 线程。因此，我可以在这个方法中和 await myTask 之后做 UI-特定的事情。如果我使用了 .ConfigureAwait(false)，我会在执行 statusTextBox.Text += "\r\n DoHeavyWorkAsync message"; 时得到一个线程异常，因为我会告诉 myTask 可以从线程池中获取任何可用线程。

我的问题。据我了解，在这种情况下，我从不离开 UI 线程，它仍然是运行异步的， UI 仍然是响应式的，我可以同时启动多个任务，从而加快速度我的应用程序。如果我们只使用一个线程，这怎么能工作呢？

谢谢！

编辑 Sievajet

private async void workAsyncBtn_Click(object sender, EventArgs e)
{
    await DoAsync();
}

private async Task DoAsync()
{
    await Task.Delay(200);
    statusTextBox.Text += "Call to form";
    await Task.Delay(200);
}

Answer 1

As I understand it I never leave the UI thread in this case, still it's run asynchronously, the UI is still responsive and I can start several Tasks at the same time and therefor speed up my application. How can this work if we only use one thread?

首先，我建议阅读 Stephan Clearys 的博客 post - There is no thread。

为了理解运行多个工作单元如何一起工作，我们需要掌握一个重要事实：async IO 绑定操作有 (almost) 与线程无关。

这怎么可能？好吧，如果我们一直深入到操作系统，我们会看到对 设备驱动程序 的调用 - 那些负责执行诸如网络调用和写入磁盘，都是作为自然异步实现的，它们在工作时不占用线程。这样，当设备驱动程序在做它的事情时，就不需要线程了。只有在设备驱动程序完成执行后，它才会通过 IOCP（I/O 完成端口）通知操作系统它已完成，然后操作系统将执行剩余的方法调用（这是在 .NET 中通过线程池，具有专用的 IOCP 线程）。

Stephans 的博客 post 很好地展示了这一点：

一旦 OS 执行 DPC（延迟过程调用）并将 IRP 排队（I/O 请求数据包），它的工作基本上完成，直到设备驱动程序用 I'm done 消息，这会导致执行整个操作链（在博客 post 中描述），最终将调用您的代码。

另一件需要注意的事情是 .NET 在使用 async-await 模式时在幕后为我们做了一些 "magic"。有一个东西叫"Synchronization Context"（你可以找到一个相当冗长的解释here）。这个同步上下文是 in-charge 在 UI 线程上再次调用延续（第一个 await 之后的代码）的内容（在存在此类上下文的地方）。

编辑：

应该注意的是，同步上下文的魔力也发生在 CPU 绑定操作（实际上是任何可等待的对象），所以当您通过 Task.Run 或Task.Factory.StartNew，这也行。

Answer 2

TaskParallelLibrary (TPL) 使用 TaskScheduler，它可以配置为 TaskScheduler.FromCurrentSynchronizationContext 到 return 到 SynchronizationContext，如下所示：

textBox1.Text = "Start";
// The SynchronizationContext is captured here
Factory.StartNew( () => DoSomeAsyncWork() )
.ContinueWith( 
    () => 
    {
       // Back on the SynchronizationContext it came from            
        textBox1.Text = "End";
    },TaskScheduler.FromCurrentSynchronizationContext());

当 async 方法在 await 暂停时，默认情况下它将捕获当前 SynchronizationContext 并在 await 返回它来自的 SynchronizationContext 后编组代码。

        textBox1.Text = "Start";

        // The SynchronizationContext is captured here

       /* The implementation of DoSomeAsyncWork depends how it runs, this could run on the threadpool pool 
          or it could be an 'I/O operation' or an 'Network operation' 
          which doesnt use the threadpool */
        await DoSomeAsyncWork(); 

        // Back on the SynchronizationContext it came from
        textBox1.Text = "End";

异步和等待示例：

async Task MyMethodAsync()
{
  textBox1.Text = "Start";

  // The SynchronizationContext is captured here
  await Task.Run(() => { DoSomeAsyncWork(); }); // run on the threadPool

  // Back on the SynchronizationContext it came from
  textBox1.Text = "End";
}

Answer 3

当 UI 线程调用 await 时，它会立即启动异步操作和 returns。当异步操作完成时，它会通知线程池中的线程，但异步等待的内部实现将执行分派给 UI 线程，该线程将继续执行等待后的代码。

Dispatch 是通过 SynchronizationContext 实现的，后者又调用 System.Windows.Forms.Control.BeginInvoke。

CLR via C#（第 4 版）（开发人员参考）第 4 版，Jeffrey Richter 第 749 页

实际上，Jeffrey 与 MS 合作实现了 async/await 灵感来自于他的 AsyncEnumerator

运行使用 async/await 在 UI 线程上异步执行多个任务如何工作？

How does running several tasks asynchronously on UI thread using async/await work?

.net

c#

asynchronous

threadpool

async-await

运行 使用 async/await 在 UI 线程上异步执行多个任务如何工作？

How does running several tasks asynchronously on UI thread using async/await work?

.net

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async-await

运行使用 async/await 在 UI 线程上异步执行多个任务如何工作？