Understanding C# async / await 第3章
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Understanding C# async / await 第3章原文地址
以下是基于你提供的内容的总结和解读，保留示例代码和关键细节：
理解 C# 的 async / await (3)：运行时上下文
1. 概述
在前两篇文章中，我们探讨了 async 和 await 的编译过程和 Awaitable-Awaiter 模式。本文将深入探讨 await 在运行时的上下文处理机制，特别是如何通过 ExecutionContext 和 SynchronizationContext 解决跨线程问题。
2. 跨线程问题
在 WPF 应用程序中，以下代码可以正常工作：
this.Button.Click += async (sender, e) =>
{
string html = await new WebClient().DownloadStringTaskAsync("https://weblogs.asp.net/dixin");
this.TextBox.Text = html;
};
但如果将其改写为 Task.ContinueWith() 的回调形式：
this.Button.Click += (sender, e) =>
{
new WebClient().DownloadStringTaskAsync("https://weblogs.asp.net/dixin").ContinueWith(await =>
{
string html = await.Result;
this.TextBox.Text = html; // 可能会抛出 InvalidOperationException
});
};
这段代码可能会抛出 InvalidOperationException，因为回调代码可能在一个非 UI 线程中执行，无法直接访问 UI 控件。
3. 运行时上下文处理
await 的基础设施通过捕获和恢复 ExecutionContext 和 SynchronizationContext 来解决跨线程问题。
3.1 ExecutionContext
ExecutionContext 包含了当前线程的执行上下文信息，如安全上下文、调用上下文和同步上下文。await 会捕获初始线程的 ExecutionContext，并在每次调用 MoveNext() 时将其传递给下一个线程。
// 捕获当前线程的 ExecutionContext
ExecutionContext executionContext = ExecutionContext.Capture();
// 在指定的 ExecutionContext 中执行函数
public static TResult InvokeWith<TResult>(this Func<TResult> function, ExecutionContext executionContext)
{
if (executionContext == null)
{
return function();
}
TResult result = default(TResult);
ExecutionContext.Run(executionContext, _ => result = function(), null);
return result;
}
3.2 SynchronizationContext
SynchronizationContext 提供了线程间的同步机制。在不同的环境中，SynchronizationContext 有不同的实现，如 WPF 的 DispatcherSynchronizationContext 和 WinForms 的 WindowsFormsSynchronizationContext。await 会捕获初始线程的 SynchronizationContext，并将 MoveNext() 的调用发布到该上下文中。
// 捕获当前线程的 SynchronizationContext
SynchronizationContext synchronizationContext = SynchronizationContext.Current;
// 在指定的 SynchronizationContext 和 ExecutionContext 中执行函数
public static Task<TResult> InvokeWith<TResult>(this Func<TResult> function, SynchronizationContext synchronizationContext, ExecutionContext executionContext)
{
TaskCompletionSource<TResult> taskCompletionSource = new TaskCompletionSource<TResult>();
try
{
if (synchronizationContext == null)
{
TResult result = function.InvokeWith(executionContext);
taskCompletionSource.SetResult(result);
}
else
{
synchronizationContext.OperationStarted();
synchronizationContext.Post(_ =>
{
try
{
TResult result = function.InvokeWith(executionContext);
synchronizationContext.OperationCompleted();
taskCompletionSource.SetResult(result);
}
catch (Exception exception)
{
taskCompletionSource.SetException(exception);
}
}, null);
}
}
catch (Exception exception)
{
taskCompletionSource.SetException(exception);
}
return taskCompletionSource.Task;
}
4. 改进的 ContinueWithContext
为了在回调中正确处理 ExecutionContext 和 SynchronizationContext，可以定义 ContinueWithContext 方法：
public static class TaskExtensions
{
public static Task<TNewResult> ContinueWithContext<TResult, TNewResult>(this Task<TResult> task, Func<Task<TResult>, TNewResult> continuation)
{
ExecutionContext executionContext = ExecutionContext.Capture();
SynchronizationContext synchronizationContext = SynchronizationContext.Current;
return task.ContinueWith(t =>
new Func<TNewResult>(() => continuation(t)).InvokeWith(synchronizationContext, executionContext))
.Unwrap();
}
public static Task ContinueWithContext<TResult>(this Task<TResult> task, Action<Task<TResult>> continuation)
{
return task.ContinueWithContext(new Func<Task<TResult>, object>(t =>
{
continuation(t);
return null;
}));
}
}
使用 ContinueWithContext 可以修复 WPF 应用程序中的跨线程问题：
this.Button.Click += (sender, e) =>
{
new WebClient().DownloadStringTaskAsync("https://weblogs.asp.net/dixin").ContinueWithContext(await =>
{
string html = await.Result;
this.TextBox.Text = html; // 现在可以正常工作
});
};
5. 使用 Task.ConfigureAwait()
Task.ConfigureAwait() 提供了控制 SynchronizationContext 捕获的选项：
ConfigureAwait(true)：默认行为，捕获SynchronizationContext。ConfigureAwait(false)：不捕获SynchronizationContext。
例如：
this.Button.Click += async (sender, e) =>
{
await Task.Run(() => { }).ConfigureAwait(false);
this.TextBox.Text = string.Empty; // 会抛出 InvalidOperationException
};
这段代码会抛出 InvalidOperationException，因为 ConfigureAwait(false) 阻止了 SynchronizationContext 的捕获。
6. 总结
- 编译时：
async和await被编译为状态机，代码按await拆分为多个部分，并通过回调链式执行。 - 运行时：
ExecutionContext总是被捕获，确保代码在正确的上下文中执行。SynchronizationContext默认被捕获，确保 UI 操作在 UI 线程中执行，除非显式禁用（如ConfigureAwait(false)）。
- 改进回调：通过
ContinueWithContext可以正确处理ExecutionContext和SynchronizationContext，解决跨线程问题。
