Chapter 6. Async implementation

为什么理解Async Lowering能消除错误直觉

Source看起来在await处“暂停方法”，runtime实际上只看到generated type与continuation calls。Compiler把需要跨suspension保存的locals提升成fields，用state选择resume point，用awaiter通知completion，用builder完成Task。这个模型解释同步fast path、allocation、exception timing和context flow。

先预测：每个async调用是否必然new一个heap state machine；await前locals是否全部hoist；fault是否由awaiter.OnCompleted抛出；ExecutionContext是否等于SynchronizationContext。答案都是否。

Structure of the generated code

概念上，原method变成stub：创建state machine，初始化builder与initial state，调用builder.Start触发第一次MoveNext，然后返回builder.Task。Generated type在无suspension fast path可能保持struct且避免heap allocation；一旦需异步continuation，runtime/builder可box或持有其state。具体优化随compiler/runtime变化，semantics不依赖layout。

只有跨await仍live的locals需要hoist，temporary若在suspension前已结束可保持stack/local。Debug build常生成更易调试但不同形状的code；不要把某次decompile字段数量当language guarantee。

// Conceptual lowering, not compiler-emitted source.
var machine = new StateMachine { state = -1, builder = Builder.Create() };
machine.builder.Start(ref machine);
return machine.builder.Task;

A simple MoveNext() implementation

MoveNext以state选择入口：initial path执行同步前缀；遇await获取awaiter，若未完成则保存awaiter与next state，调用builder的Await(On/UnsafeOn)Completed注册continuation并return；resume后恢复awaiter、清field/state，调用GetResult并继续。

Method正常结束调用builder.SetResult；任何未处理exception由outer try/catch捕获并SetException。Cancellation通常也是exception path进入Task canceled semantics，取决于builder/associated token rules。Awaiter completion callback本身负责再次调用MoveNext，而不是重新调用原method。

if (!awaiter.IsCompleted)
{
    state = 0;
    savedAwaiter = awaiter;
    builder.AwaitUnsafeOnCompleted(ref awaiter, ref this);
    return;
}
var result = awaiter.GetResult();

How control flow affects MoveNext()

If/loop只需把source control graph切分到suspension points；loop index、enumerator与accumulator若跨await则hoist。Serial loop每iteration await一次，语义正确但可能不满足throughput；是否parallelize是API decision，不是lowering优化。

Try/catch/finally更复杂，因为exception region与pending leave必须跨states保留。Awaited task的fault在GetResult处抛入MoveNext，因此source catch可处理；finally在normal、fault或early exit路径运行。Async iterator还有另一套builder/protocol，不能把普通async Task lowering原样套用。

Execution contexts and flow

ExecutionContext承载AsyncLocal、culture/security等logical ambient state，通常随async flow捕获/恢复。SynchronizationContext是environment提供的continuation scheduling abstraction，如UI single-thread dispatcher；TaskScheduler调度Tasks。三者可以交互但不是同一对象或“当前线程”的同义词。

Awaiter的OnCompleted要求flow ExecutionContext，UnsafeOnCompleted允许builder/runtime优化flow handling，但application不应据方法名猜ambient state丢失。ConfigureAwait(false)主要请求不捕获current context用于continuation；它不保证thread pool、不抑制ExecutionContext，也不改变operation本身。

AsyncLocal方便trace/correlation，却会形成implicit dependency与retention。测试应在nested tasks、suppressed flow和parallel branches中验证，核心domain仍优先显式参数。

correlationId.Value = request.Id;
await SaveAsync(request, token).ConfigureAwait(false);
logger.LogInformation("Saved {CorrelationId}", correlationId.Value);

Custom task types revisited

Task-like type通过AsyncMethodBuilderAttribute关联builder。Builder需Create、Start、Task、SetResult/SetException及await registration methods，并与awaiter protocol一致。它可以优化domain-specific completion，但若错误处理boxing、multiple await、context flow或exception，会破坏language期待。

Custom builder conformance至少覆盖：无await同步完成、一个/多个pending await、throw before/after await、cancellation、nested async、context/ExecutionContext、debugger与multiple consumers。没有这种test matrix和profile，不值得替换Task。

本章回顾：Source Control Flow被精确编码而非消失

1. Stub创建并启动state machine，builder把generated execution连接到caller task。
2. Incomplete await保存next state/awaiter/live locals并注册continuation；complete fast path不suspend。
3. MoveNext中的GetResult恢复source exception semantics，SetResult/SetException完成task。
4. Branch/loop/try/finally被切割成states，cleanup与catch仍按logical source scope工作。
5. ExecutionContext、SynchronizationContext、TaskScheduler与builder必须分层解释和测试。

术语表

原版目录概念补充核对

以下条目补齐官方目录中容易被示例主线掩盖的概念。它们不重复罗列目录，而是明确每项概念的机制、适用边界和验收证据。

A simple MoveNext() implementation：机制、边界与证据

Chapter 6. Async implementation中的A simple MoveNext() implementation必须分清语言规范、编译器实现、运行时行为与基础类库 API 四层责任。固定 C# 语言版本和目标框架，用正向/负向编译案例、必要的 IL 或运行轨迹以及版本对照验证结论。

How control flow affects MoveNext()：机制、边界与证据

Chapter 6. Async implementation中的How control flow affects MoveNext()必须分清语言规范、编译器实现、运行时行为与基础类库 API 四层责任。固定 C# 语言版本和目标框架，用正向/负向编译案例、必要的 IL 或运行轨迹以及版本对照验证结论。

Execution contexts and flow：机制、边界与证据

Chapter 6. Async implementation中的Execution contexts and flow必须分清语言规范、编译器实现、运行时行为与基础类库 API 四层责任。固定 C# 语言版本和目标框架，用正向/负向编译案例、必要的 IL 或运行轨迹以及版本对照验证结论。

Custom task types revisited：机制、边界与证据

Chapter 6. Async implementation中的Custom task types revisited必须分清语言规范、编译器实现、运行时行为与基础类库 API 四层责任。固定 C# 语言版本和目标框架，用正向/负向编译案例、必要的 IL 或运行轨迹以及版本对照验证结论。