System.Threading.Tasks.Extensions库简介-EW帮帮网

System.Threading.Tasks.Extensions 是一个重要的 .NET 库，它为 System.Threading.Tasks 命名空间提供了扩展功能，主要用于增强任务并行库(Task Parallel Library, TPL)的功能。

设计原理

1. 核心目标

提供对 ValueTask 和 ValueTask<T> 的支持，减少异步操作中的堆分配
扩展任务相关的API，提供更灵活的异步编程模式
桥接同步和异步编程模型

2. 关键组件

ValueTask/ValueTask<T>：轻量级任务结构，避免在热路径中分配Task对象
TaskCompletionSource 扩展：支持更多任务控制场景
IValueTaskSource：允许自定义ValueTask行为

3. 性能考虑

减少GC压力：通过值类型任务减少堆分配
热路径优化：为高频调用的异步操作提供更高效实现
同步完成优化：对于可以同步完成的操作避免状态机开销

主要用法

1. ValueTask 基础用法

public ValueTask<int> GetDataAsync()
{
    if (_cache.TryGetValue(key, out var data))
    {
        return new ValueTask<int>(data); // 同步完成
    }
    return new ValueTask<int>(LoadFromDatabaseAsync()); // 异步完成
}

2. 自定义 IValueTaskSource

public class CustomTaskSource : IValueTaskSource<int>
{
    public int GetResult(short token) => /* 结果 */;
    public ValueTaskSourceStatus GetStatus(short token) => /* 状态 */;
    public void OnCompleted(Action<object> continuation, object state, short token, ValueTaskSourceOnCompletedFlags flags) 
        => /* 完成回调 */;
}

public ValueTask<int> GetCustomDataAsync()
{
    var source = new CustomTaskSource();
    return new ValueTask<int>(source, token: 0);
}

3. 任务扩展方法

// 配置任务等待方式
await someTask.ConfigureAwait(false);

// 带超时的等待
await someTask.WaitAsync(TimeSpan.FromSeconds(5));

三个常见示例

示例1：高性能异步方法（减少分配）

public ValueTask<string> ReadFileAsync(string path)
{
    if (_memoryCache.TryGetValue(path, out string content))
    {
        return new ValueTask<string>(content); // 同步返回，无分配
    }
    return new ValueTask<string>(File.ReadAllTextAsync(path)); // 异步路径
}

应用场景：高频调用的缓存读取操作，大多数情况下可以从缓存同步返回。

示例2：自定义异步操作

public class TimerDelaySource : IValueTaskSource<bool>
{
    private readonly Timer _timer;
    private readonly CancellationToken _cancellationToken;
    private Action<object> _continuation;
    
    public TimerDelaySource(TimeSpan delay, CancellationToken cancellationToken)
    {
        _cancellationToken = cancellationToken;
        _timer = new Timer(_ => OnTimer(), null, delay, Timeout.InfiniteTimeSpan);
        cancellationToken.Register(() => OnTimer());
    }
    
    private void OnTimer()
    {
        var cont = Interlocked.Exchange(ref _continuation, null);
        cont?.Invoke(this);
    }
    
    public bool GetResult(short token) => !_cancellationToken.IsCancellationRequested;
    
    public ValueTaskSourceStatus GetStatus(short token) 
        => _continuation == null ? ValueTaskSourceStatus.Succeeded : ValueTaskSourceStatus.Pending;
    
    public void OnCompleted(Action<object> continuation, object state, short token, ValueTaskSourceOnCompletedFlags flags)
    {
        _continuation = continuation;
    }
}

public static ValueTask<bool> DelayAsync(TimeSpan delay, CancellationToken cancellationToken = default)
{
    return new ValueTask<bool>(new TimerDelaySource(delay, cancellationToken), 0);
}

应用场景：需要完全控制异步操作实现细节的高性能场景。

示例3：带超时的异步操作

public static async ValueTask<string> ReadWithTimeoutAsync(Stream stream, byte[] buffer, TimeSpan timeout)
{
    using var cts = new CancellationTokenSource(timeout);
    try
    {
        var readTask = stream.ReadAsync(buffer, 0, buffer.Length, cts.Token);
        return await readTask.ConfigureAwait(false);
    }
    catch (OperationCanceledException) when (cts.IsCancellationRequested)
    {
        throw new TimeoutException("读取操作超时");
    }
}

应用场景：网络请求或IO操作需要设置超时限制的情况。

最佳实践

优先使用ValueTask：当方法可能频繁同步完成时
避免多次await：ValueTask通常只能被await一次
注意对象池：对于自定义IValueTaskSource，考虑实现对象池
正确配置上下文：合理使用ConfigureAwait

性能考虑

同步完成路径：ValueTask在同步完成时性能显著优于Task
异步路径：两者性能相近，ValueTask稍慢（因结构体包装）
内存占用：ValueTask减少GC压力，适合高频调用场景

这个库在现代.NET异步编程中扮演着重要角色，特别是在性能敏感的场景下，理解其设计原理和正确用法可以帮助开发者编写更高效的异步代码。

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