Как работают таски внутри (state machine)?

Question

Компилятор C# преобразует асинхронные методы в машину состояний (state machine). Для каждого async метода создается структура, которая хранит текущее состояние выполнения и локальные переменные. При встрече await метод приостанавливается, сохраняя контекст выполнения. После завершения асинхронной операции машина состояний продолжает выполнение с точки останова. Это позволяет писать линейный код, который выполняется асинхронно.

YeaHub · Accepted Answer

Преобразование компиляторомГенерация state machineКомпилятор создает для каждого async метода:Структуру/класс, реализующий интерфейс IAsyncStateMachineПоля для хранения локальных переменных и состоянияМетод MoveNext() содержащий логику исходного методаСостояния выполнения-1: метод не начат0: начальное состояние1, 2, ...: состояния после каждого await-2: метод завершенСтруктура state machineПоля state machinecsharpprivate struct AsyncStateMachine : IAsyncStateMachine { public int state; // Текущее состояние public AsyncTaskMethodBuilder builder; // Строитель задачи private TaskAwaiter awaiter; // Ожидатель текущей операции // Локальные переменные исходного метода }Процесс выполненияНачало выполненияСоздается экземпляр state machineИнициализируются поля и состояниеВызывается MoveNext()При встрече awaitСохраняется текущее состояниеНачинается асинхронная операцияМетод возвращает управление вызывающему кодуПосле завершения асинхронной операцииВызывается продолжение (continuation)MoveNext() вызывается сноваВыполнение продолжается с сохраненной точкиПример преобразованияИсходный кодcsharppublic async Task GetDataAsync() { var data = await DownloadAsync(); return ProcessData(data); }Преобразованный код (упрощенно)csharpprivate struct StateMachine : IAsyncStateMachine { public int state; public AsyncTaskMethodBuilder builder; private Task downloadingTask; private string data; void MoveNext() { if (state == 0) { downloadingTask = DownloadAsync(); state = 1; var awaiter = downloadingTask.GetAwaiter(); // Настройка продолжения... return; } if (state == 1) { data = downloadingTask.Result; int result = ProcessData(data); builder.SetResult(result); } } }Практические аспектыПроизводительностьStruct state machines: для методов без захвата контекстаClass state machines: когда требуется захват контекста исполненияОсобенности реализацииConfigureAwait(false): избегает захвата контекста синхронизацииValueTask: оптимизация для синхронно завершающихся операцийВывод: State machine позволяет писать линейный асинхронный код, который компилятор преобразует в эффективную асинхронную реализацию с сохранением состояния выполнения.