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C# 实现你自己的异步方法

异步 代码
2023-03-31 11:01:07 时间

背景

最近在重构自己曾经的代码， 具体需求是在Unity等待如一个模型动画， 一段ui动画 如下：

Await的目标

await的目标是一个可等待对象， 而拥有GetAwaiter方法并且该方法拥有合适返回值的目标即可称为可等待对象（暂时你还不需要知道返回值需要符合什么规则，待会儿Studio会告诉你）

首先，我们通过一些简单的代码来模拟Unity的Slider， 并且实现一个方法来模拟ui动画， 然后在实例化它来看看效果

public class Slider
{
    public void ValueTo(int value)
    {
        Task.Run(async () => 
        {
            Console.Write("HP: ");
            for (int i = 0; i < value; i++)
            {
                await Task.Delay(350);
                Console.Write("■");
            }
            Console.Write("
");
        });
    }
}

效果不错， 现在你希望可以await slider.ValueTo 方法， 而不是再通过使用回调函数传来传去来监听如动画是否结束

首先我们知道await的目标是一个拥有GetAwaiter方法的对象

简单点， 我们令Slider本身是可等待的， 也即我们需要在Slider上实现一个GetAwaiter方法， 已知且其返回值有一定的限制， 我们假设其返回值为SliderAwaiter类型

public class SliderAwaiter
{

}
public class Slider
{
    public SliderAwaiter GetAwaiter()
    {
        SliderAwaiter awaiter = new SliderAwaiter();
        return awaiter;
    }
    public Slider ValueToAsync(int value)
    {
        /*
         * Task是可等待的， 这里直接返回Task即可在这里达成我们的目标
         * 但本文的主要讨论的是实现 自己 的异步方法
         * 并且UI动画你可以以此法逃课， 但播放动画就不好逃了
         */
        Task.Run(async () => 
        {
            Console.Write("HP: ");
            for (int i = 0; i < value; i++)
            {
                await Task.Delay(350);
                Console.Write("■");
            }
            Console.Write("
");
        });
        return this;
    }
}

当我们尝试在Main中直接await ValueToAsync方法时， 编译器报错（“Program.SliderAwaiter”未包含“IsCompleted”的定义）， 我们进行修补。又报错（“Program.SliderAwaiter”不实现“INotifyCompletion”）， 继续修， 最后一个报错（“Program.SliderAwaiter”未包含“GetResult”的定义）， 补上

经过修补， 我们得到这样的SliderAwaiter

public class SliderAwaiter : INotifyCompletion
{
    public bool IsCompleted => false;

    public void OnCompleted(Action continuation)
    {

    }
    public void GetResult() { }
}

直接await ValueToAsync测试，发现Slider表现正常， 但await并没有触发

这里暂时先直接告诉你答案， 你需要手动触发OnCompleted传入的continuation来触发await后的代码

简单改造一下SliderAwaiter和Slider得到下面的代码

public class SliderAwaiter : INotifyCompletion
{
    public bool IsCompleted => false;
    public Action onFinish;
    public void OnCompleted(Action continuation)
    {
        if (IsCompleted)
        {
            continuation?.Invoke();
            onFinish?.Invoke();
        }
        else
        {
            onFinish += continuation;
        }
    }
    /// <summary>
    /// 手动触发 continuation
    /// </summary>
    public void ReportResult()
    {
        onFinish?.Invoke();
    }
    public void GetResult() { }
}
public class Slider
{
    SliderAwaiter awaiter;
    public SliderAwaiter GetAwaiter()
    {
        SliderAwaiter awaiter = new SliderAwaiter();
        this.awaiter = awaiter;
        return awaiter;
    }
    public Slider ValueToAsync(int value)
    {
        Task.Run(async () => 
        {
            Console.Write("HP: ");
            for (int i = 0; i < value; i++)
            {
                await Task.Delay(350);
                Console.Write("■");
            }
            Console.Write("
");
            awaiter?.ReportResult();
        });
        return this;
    }
}

在Main函数中测试一下， 神奇的事情发生了， await后的代码成功且正确地执行了

你可能觉得有些奇妙， 你只是手动触发了OnCompleted传入的后续操作（类似Task.ContinueWith）就成功触发了结束等待， 你可能也会尝试在ReportResult中多次执行continuation， 但await的后续代码依旧只执行一次

OnCompleted中的continuation是什么， 它做了什么

了解他之前， 你可能需要先了解await是如何运行的， 首先你需要知道await的实现是基于状态机

简单点， 我们把测试代码改的简单点

static async Task Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine("before await");
    await Task.Delay(500);
    Console.WriteLine("after  await");
    Console.Read();
}

然后通过dnSpy看看生成的中间语言是什么样的， 从下图和标注你应该可以清晰地看出程序的整体走向

通过简单测试代码的中间语言我们了解了await的大致走向， 那么回到最初的问题，continuation究竟做了什么

还原我们刚刚模拟Unity Slider的代码， 继续借助dnSpy， 二话不说找到ReportResult方法并且打上断点， 看看他做了什么

是的！一进来就发现一个惊喜， 第一步就跳转到一个叫做MoveNext的方法， 最终经过一番闪转腾挪我们又回到了的状态机里！

我们可以通过手动执行continuation来手动触发我们自己的awaiter！

至此， 你应该了解了如何实现自己的异步方法， 并且它不用依赖Task， TaskCompletionSource

 

最后附上完整的测试代码， 希望本片文章对你的异步之旅有所帮助

internal class Program
{
    public class SliderAwaiter : INotifyCompletion
    {
        public bool IsCompleted => false;
        public Action onFinish;
        public void OnCompleted(Action continuation)
        {
            if (IsCompleted)
            {
                continuation?.Invoke();
                onFinish?.Invoke();
            }
            else
            {
                onFinish += continuation;
            }
        }
        /// <summary>
        /// 手动触发 continuation
        /// </summary>
        public void ReportResult()
        {
            onFinish?.Invoke();
        }
        public void GetResult() { }
    }
    public class Slider
    {
        SliderAwaiter awaiter;
        public SliderAwaiter GetAwaiter()
        {
            SliderAwaiter awaiter = new SliderAwaiter();
            this.awaiter = awaiter;
            return awaiter;
        }
        public Slider ValueToAsync(int value)
        {
            Task.Run(async () => 
            {
                Console.Write("HP: ");
                for (int i = 0; i < value; i++)
                {
                    await Task.Delay(350);
                    Console.Write("■");
                }
                Console.Write("
");
                awaiter?.ReportResult();
            });
            return this;
        }
    }

    static async Task Main(string[] args)
    {
        Slider slider = new Slider();
        Console.WriteLine("[ START ] PLAY UI_ANIMATION");
        await slider.ValueToAsync(4);
        Console.WriteLine("[  END  ] PLAY UI_ANIMATION");
    }

 

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