揭开.NET 中 async/await 的神秘面纱：隐藏代价与优化之道

作为资深的.NET 开发人员，我们都曾将 async/await 用作处理异步操作的常用模式。它简洁、直观，并且使我们的代码更易于维护。然而，在这种优秀的语法背后，隐藏着一套复杂的机制，一旦被误用，可能会对应用程序的性能产生重大影响。

本文将揭示其中隐藏的代价，并探讨每一位经验丰富的开发人员都应该了解的优化策略。

理解基础原理 .NET 中的 async/await 模式从根本上改变了我们编写异步代码的方式。在学习高级模式之前，让我们先了解一下当我们编写异步代码时，底层会发生什么。

异步状态机流程… 幕后实际发生了什么？ 当你将一个方法标记为 async 时，.NET 会进行一些有趣的操作。它会获取你的代码，并将其转换为一种特殊的结构，称为 “状态机”。

可以把它想象成将你的代码分解成更小的部分，这些部分可以暂停和恢复。

是的，你编写的代码是这样的：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
public async Task<int> ProcessOrderAsync()
{
    var data = await GetDataAsync();       // 步骤 1
    var result = await ProcessDataAsync(data); // 步骤 2
    return result;
}

但是，它实际变成的样子（简化后）是：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
public Task<int>ProcessOrderAsync()
{
    // 创建一个结构来跟踪我们当前的位置
    var stateMachine =newAsyncStateMachine();
    
    // 存储任何局部变量
    stateMachine.data =null;
    stateMachine.result =;
    
    // 开始处理
    Start(stateMachine);
    
    // 返回一个最终会包含结果的 Task
    return stateMachine.Task;
}

为什么这很重要（对性能的影响） 这种转换会带来一些代价：

  1. 内存使用：每个异步方法都需要额外的内存来：
    • 存储状态机
    • 跟踪局部变量
    • 创建 Task 对象
  2. 速度：会有一些额外的工作要做：
    • 设置状态机
    • 在代码的不同部分之间切换
    • 管理所有这些部分

看看这个…

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
// 简单但可能会浪费资源
publicasyncTask<int>GetValueAsync()
{
    returnawait Task.FromResult();
}

// 对于简单情况更高效
publicTask<int>GetValueBetter()
{
    return Task.FromResult();
}

在第一个版本中，我们创建了一个实际上并不需要的状态机。第二个版本更高效，因为它直接返回了结果！

看到了吧！async/await 是根源所在，对吧？但要记住，它虽然重要，但并非在所有地方都有必要使用！我们可以进行优化…

让你的代码运行得更快：ValueTask 现在，让我们谈谈 ValueTask。可以把它看作是在特定情况下比 Task 更高效的版本。以下是你可能想要使用它的情况：

是的，

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
// 之前：使用常规的 Task
public async Task<int> GetDataAsync(string key)
{
    var value = await _database.GetValueAsync(key);
    return value;
}

但是，

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
// 之后：高效地使用 ValueTask
publicValueTask<int>GetDataAsync(string key)
{
    // 如果数据在缓存中，立即返回
    if(_cache.TryGetValue(key,outvarvalue))
    {
        returnnewValueTask<int>(value);
    }
    
    // 如果不在缓存中，回退到异步操作
    returnnewValueTask<int>(_database.GetValueAsync(key));
}

你应该在什么时候使用 ValueTask 呢？

  • 当你的方法经常无需等待就能立即返回时
  • 当你处理大量小型、快速的操作时
  • 当你构建高性能系统时