为什么Roslyn中有异步状态机类(而不是结构)

本文关键字：结构 Roslyn 异步 状态机 为什么 | 更新日期: 2023-09-27 18:24:00

让我们考虑一下这个非常简单的异步方法：

static async Task myMethodAsync() 
{
    await Task.Delay(500);
}

当我用VS2013（Roslyn之前的编译器）编译它时，生成的状态机是一个结构。

private struct <myMethodAsync>d__0 : IAsyncStateMachine
{  
    ...
    void IAsyncStateMachine.MoveNext()
    {
        ...
    }
}

当我用VS2015（Roslyn）编译它时，生成的代码是这样的：

private sealed class <myMethodAsync>d__1 : IAsyncStateMachine
{
    ...
    void IAsyncStateMachine.MoveNext()
    {
        ...
    }
}

正如您所看到的，Roslyn生成了一个类（而不是结构）。如果我没有记错的话，旧编译器中异步/等待支持的第一个实现（我猜是CTP2012）也生成了类，然后出于性能原因将其更改为struct。（在某些情况下，你可以完全避免装箱和堆分配…）（见此）

有人知道罗斯林为什么会再次改变吗？（我对此没有任何问题，我知道这个更改是透明的，不会改变任何代码的行为，我只是好奇）

编辑：

来自@Damien_The_Unbeliever的答案（以及源代码：））imho解释了一切。Roslyn所描述的行为仅适用于调试构建（由于注释中提到的CLR限制，这是必需的）。在Release中，它还生成了一个结构（具有..的所有优点）。因此，这似乎是一个非常聪明的解决方案，可以同时支持编辑和继续，并在生产中获得更好的性能。有趣的东西，感谢所有参与的人！

为什么Roslyn中有异步状态机类(而不是结构)

我对此一无所知，但由于Roslyn现在是开源的，我们可以在代码中寻找解释。

在异步重写器的第60行，我们发现：

// The CLR doesn't support adding fields to structs, so in order to enable EnC in an async method we need to generate a class.
var typeKind = compilationState.Compilation.Options.EnableEditAndContinue ? TypeKind.Class : TypeKind.Struct;

因此，虽然使用struct有一些吸引力，但允许"编辑并继续"在async方法中工作的巨大胜利显然被选为更好的选择。

对于这样的事情很难给出明确的答案（除非编译器团队中有人来：），但有几点你可以考虑：

structs的性能"红利"总是一种权衡。基本上，你会得到以下内容：

  • 值语义
  • 可能的堆栈（甚至可能是寄存器？）分配
  • 避免间接

这在等待案件中意味着什么？实际上。。。没有什么状态机在堆栈上的时间很短——记住，await有效地执行了return，因此方法堆栈死亡；状态机必须保存在某个地方，而"某个地方"肯定是堆上的。堆栈寿命不适合异步代码：）

除此之外，状态机违反了定义结构的一些良好准则：

  • struct最多应该有16字节大——状态机包含两个指针，它们自己在64位上巧妙地填充了16字节的限制。除此之外，还有国家本身，所以它超过了"极限"。这不是一个大的问题，因为它很可能只通过引用传递，但请注意，这不太适合structs的用例——一个基本上是引用类型的结构
  • struct应该是不可变的——好吧，这可能不需要太多注释。这是一个状态机。同样，这不是什么大不了的，因为结构是自动生成的代码和私有的，但是
  • struct s应在逻辑上表示单个值。这里的情况肯定不是这样，但这已经是从一开始就有可变状态开始的
  • 它不应该经常被装箱——这不是问题，因为我们在任何地方都使用泛型。状态最终是堆中的某个位置，但至少它没有被装箱（自动）。同样，它只在内部使用的事实使这一点变得非常空洞

当然，所有这些都是在没有关闭的情况下发生的。当您有遍历await s的局部变量（或字段）时，状态会进一步膨胀，从而限制了使用结构的有用性。

考虑到所有这些，类方法肯定更干净，而且我不希望使用struct会显著提高性能。所有涉及的对象都有相似的生存期，因此提高内存性能的唯一方法是将所有对象设为structs（例如，存储在某个缓冲区中）——当然，这在一般情况下是不可能的。大多数情况下，首先使用await（也就是说，一些异步I/O工作）已经涉及到其他类，例如，数据缓冲区、字符串。。。您不太可能只返回42而不进行任何堆分配的await。

最后，我想说，你真正能看到真正性能差异的地方只有基准测试。至少可以说，为基准进行优化是一个愚蠢的想法。。。

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