出来混总是要还的
最近在准备记录一个.NET Go核心能力的深度对比， 关于.NET/Go的异步实现总感觉没敲到点上。
async/await是.NET界老生常谈的话题，每至于此，状态机又是必聊的话题，但是状态机又是比较晦涩难懂的话题。
一线码农大佬\]在博客园2020年写的《[await,async 我要把它翻个底朝天，这回你总该明白了吧](https://link.juejin.cn?target=https%3A%2F%2Fwww.cnblogs.com%2Fhuangxincheng%2Fp%2F13558006.html "https://www.cnblogs.com/huangxincheng/p/13558006.html")》手把手实现了异步状态机，这篇文章很是经典， 但是评论区很多人还是在吐槽看不懂， 我也看的不是很懂。
以我浅薄的推测：
1. 一线大佬的知识体系太宽太深，有的验证点在文字之外，需要我们自己去确认。
2. 有些内容太细节，挖的太深，出不来。
3. 很多人不熟悉**状态机设计模式**， 导致看大佬文章，知其然不知其所以然。
> 我以前用Go语言演示了状态机： [我是状态机，有一颗永远骚动的机器引擎](https://link.juejin.cn?target=https%3A%2F%2Fwww.cnblogs.com%2FJulianHuang%2Fp%2F15304184.html "https://www.cnblogs.com/JulianHuang/p/15304184.html")， 当时有粉丝留言让用.NET 实现状态机， 这篇文章也算是对粉丝的喊话。
### 状态机:一颗永远骚动的机器引擎
状态机是一种行为设计模式，它允许对象在其内部状态改变时改变其行为。看起来好像对象改变了它的类。
请仔细理解上面每一个字。
我们以自动售货机为例，为简化演示，我们假设自动售货机只有1种商品， 故自动售货机有`itemCount` 、`itemPrice` 2个属性
不考虑动作的前后相关性，自动售货机对外暴露4种行为：
* 给自动售货机加货 `addItem`
* 选择商品 `requestItem`
* 付钱 `insertMoney`
* 出货 `dispenseItem`
重点来了，当发生某种行为，自动售货机会进入如下4种状态之一， 并据此状态做出特定动作， 之后进入另外一种状态.....
* 有商品 `hasItem`
* 无商品 `noItem`
* 已经选好商品 `itemRequested`
* 已付钱 `hasMoney`
当对象可能处于多种不同的状态之一、根据传入的动作更改当前的状态， 继续接受后续动作，状态再次发生变化.....
这样的模式类比于机器引擎，周而复始的工作和状态转化，这也是状态机的定语叫"**机Machine**"的原因。
有了以上思路，我们尝试沟通UML 伪代码 
状态机设计模式的伪代码实现：
* 所谓的机器Machine维护了状态切换的上下文
* 机器对外暴露的行为，驱动机器的状态变更
* 机器到达特定的状态 只具备特定的行为，其他行为是不被允许的
Go版本的售货机（状态机设计模式）的源码，请参见原文[www.cnblogs.com/JulianHuang...](https://link.juejin.cn?target=https%3A%2F%2Fwww.cnblogs.com%2FJulianHuang%2Fp%2F15304184.html%25E3%2580%2582 "https://www.cnblogs.com/JulianHuang/p/15304184.html%E3%80%82")
### 对async/await贴脸开大
还是以一线码农大佬的异步下载为例：
编译器词法分析定位到async/await语法糖，就会为开发者生成状态机代码。
一个新出炉的状态机包含如下属性 ：
 (1) 初始化的状态机，以async所在的函数名命名，示例状态机为`d__1`；
(2）车钥匙启动状态机之后，立马返回，这正是`异步编程`的内涵。
一个简单的、成功的状态机转化如图：
#### 1. 初始状态
* state= -1；
* Start状态机； 即时返回。
```ini
Program.d__1 stateMachine = new Program.d__1();
stateMachine.<>t__builder = AsyncTaskMethodBuilder.Create();
stateMachine.<>1__state = -1;
stateMachine.<>t__builder.Startd__1>(ref stateMachine);
return stateMachine.<>t__builder.Task;
```
[车钥匙Start，内部实际是执行`MoveNext`方法](https://link.juejin.cn?target=https%3A%2F%2Fgithub.com%2FOmerMor%2FAsyncBridge%2Fblob%2Faa806b61be32363934378ffc2df979dc8b34ea88%2Fsrc%2FAsyncBridge%2FRuntime.CompilerServices%2FAsyncMethodBuilderCore.cs%23L27 "https://github.com/OmerMor/AsyncBridge/blob/aa806b61be32363934378ffc2df979dc8b34ea88/src/AsyncBridge/Runtime.CompilerServices/AsyncMethodBuilderCore.cs#L27")， 该方法会设置异步任务的`TaskAwaiter`对象, 紧接着stateMachine进入新的状态。
#### 2. 异步任务未完成状态
* 切换到state = 0
* 调用[`AwaitUnsafeOnCompleted()`向底层注册回调， 2个入参](https://link.juejin.cn?target=https%3A%2F%2Fgithub.com%2FOmerMor%2FAsyncBridge%2Fblob%2Faa806b61be32363934378ffc2df979dc8b34ea88%2Fsrc%2FAsyncBridge%2FRuntime.CompilerServices%2FAsyncTaskMethodBuilder.cs%23L328 "https://github.com/OmerMor/AsyncBridge/blob/aa806b61be32363934378ffc2df979dc8b34ea88/src/AsyncBridge/Runtime.CompilerServices/AsyncTaskMethodBuilder.cs#L328")
* 回调参数1：异步结果`TaskAwaiter`
* 回调参数2： 当前状态机
```ini
int num1 = this.<>1__state;
if (num1 != 0)
{
this.5__1 = new WebClient();
awaiter = this.5__1.DownloadStringTaskAsync(new Uri("http://cnblogs.com")).GetAwaiter();
if (!awaiter.IsCompleted)
{
this.<>1__state = num2 = 0;
this.<>u__1 = awaiter;
Program.d__1 stateMachine = this;
this.<>t__builder.AwaitUnsafeOnCompleted, Program.d__1>(ref awaiter, ref stateMachine);
return;
}
}
```
IO数据就绪，会在IO线程执行回调方法`GetCompletionAction`，利用入参2：状态机，再次执行状态机的`MoveNext`方法, 进入新的状态
#### 3. 异步结果就绪状态
* 切换到state = -1；
* taskAwaiter获取异步任务结果；
* 执行后继代码；
```ini
else
{
awaiter = this.<>u__1;
this.<>u__1 = new TaskAwaiter();
this.<>1__state = num2 = -1;
}
this.<>s__3 = awaiter.GetResult();
this.5__2 = this.<>s__3;
this.<>s__3 = (string) null;
content52 = this.5__2; // 后继代码段
```
#### 4. 状态机终止状态
* 切换到state =-2；
* 设置状态机最终返回值；
```ini
this.<>1__state = -2;
this.5__1 = (WebClient) null;
this.5__2 = (string) null;
this.<>t__builder.SetResult(content52);
```
> 以上四个状态的贴脸源码均截取自ILspy反编译结果，读者可将代码和状态轮转图对比。
*** ** * ** ***
一线码农大佬讲： 一个简单成功的async/await状态机会经历 2次`MoveNext`动作 ,我是认同的。
一次是状态机启动，主动切换状态；
第二次是IO数据就绪，回调函数会执行原状态机的`MoveNext`方法， 这个是在注册回调的时候确定的。
下面是第二次`MoveNext`方法的执行堆栈（包含github地址）：
* [第二次StateMachine.MoveNext](https://link.juejin.cn?target=https%3A%2F%2Fgithub.com%2FOmerMor%2FAsyncBridge%2Fblob%2Faa806b61be32363934378ffc2df979dc8b34ea88%2Fsrc%2FAsyncBridge%2FRuntime.CompilerServices%2FAsyncMethodBuilderCore.cs%23L137 "https://github.com/OmerMor/AsyncBridge/blob/aa806b61be32363934378ffc2df979dc8b34ea88/src/AsyncBridge/Runtime.CompilerServices/AsyncMethodBuilderCore.cs#L137")
* [moveNextRunner.Run()](https://link.juejin.cn?target=https%3A%2F%2Fgithub.com%2FOmerMor%2FAsyncBridge%2Fblob%2Faa806b61be32363934378ffc2df979dc8b34ea88%2Fsrc%2FAsyncBridge%2FRuntime.CompilerServices%2FAsyncMethodBuilderCore.cs%23L64 "https://github.com/OmerMor/AsyncBridge/blob/aa806b61be32363934378ffc2df979dc8b34ea88/src/AsyncBridge/Runtime.CompilerServices/AsyncMethodBuilderCore.cs#L64");
* [GetCompletionAction回调方法](https://link.juejin.cn?target=https%3A%2F%2Fgithub.com%2FOmerMor%2FAsyncBridge%2Fblob%2Faa806b61be32363934378ffc2df979dc8b34ea88%2Fsrc%2FAsyncBridge%2FRuntime.CompilerServices%2FAsyncMethodBuilderCore.cs%23L59C25-L59C44 "https://github.com/OmerMor/AsyncBridge/blob/aa806b61be32363934378ffc2df979dc8b34ea88/src/AsyncBridge/Runtime.CompilerServices/AsyncMethodBuilderCore.cs#L59C25-L59C44")
* [AwaitUnsafeOnCompleted注册回调](https://link.juejin.cn?target=https%3A%2F%2Fgithub.com%2FOmerMor%2FAsyncBridge%2Fblob%2Faa806b61be32363934378ffc2df979dc8b34ea88%2Fsrc%2FAsyncBridge%2FRuntime.CompilerServices%2FAsyncTaskMethodBuilder.cs%23L334C50-L334C69 "https://github.com/OmerMor/AsyncBridge/blob/aa806b61be32363934378ffc2df979dc8b34ea88/src/AsyncBridge/Runtime.CompilerServices/AsyncTaskMethodBuilder.cs#L334C50-L334C69")
### 结束语
本文重点从状态机设计模式的角度，演示了async/await语法糖的内部实现。
通过一个骚动的机器引擎，演示了开启异步任务---\> 异步任务完成---\> 设置状态机输出结果的全过程，而这4个状态的变迁又催生了.NET异步编程的带来的性能优势。 
最后：本文是一线码农大佬（博客园12349粉丝博主）《异步async/await底朝天》的狗尾续貂，respect ！！！