异步按钮点击处理程序为各调用维护独立局部变量的机制是什么？

测试代码 #

private bool _dummy;
        
private async void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
  int a;
  if (_dummy == false)
  { 
    a = 1; 
    _dummy = true; 
  }
  else
  { 
    a = 99;
    _dummy = false;
  }

  Debug.WriteLine($"{DateTime.Now:HH:mm:ss:fff} {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} {a} click pre delay");
  Task dtask = Task.Delay(2000);
  await dtask;
  Debug.WriteLine($"{DateTime.Now:HH:mm:ss:fff} {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} {a} {dtask.Id} click post delay");
}

输出结果 #

15:21:52:111 1 1 click pre delay
15:21:52:595 1 99 click pre delay
15:21:54:120 1 1 7 click post delay
15:21:54:615 1 99 9 click post delay

问题 #

快速点击按钮两次后，两次调用的局部变量a在await恢复后仍能保留各自的值（1和99），且所有操作都在同一个GUI线程执行。是什么机制实现了这一效果？第一个await后的方法恢复如何保留局部变量的独立栈，且与第二个await后的恢复互不干扰？

回答 #

这个效果的核心是C#编译器对async方法的状态机转换机制：

• 当方法被标记为async时，编译器会自动将其转换为一个实现了IAsyncStateMachine接口的私有类。
• 原方法中的局部变量（比如a、dtask）以及方法的执行状态（比如当前走到await的哪个阶段），都会被转换成这个状态机类的实例字段。
• 每次调用该async方法时，都会创建一个独立的状态机实例。第一次点击按钮生成一个实例，第二次点击生成另一个完全独立的实例，两个实例的字段各自存储对应调用的局部变量值，互相没有关联。

当执行到await dtask时，方法暂停并返回，GUI线程可以继续处理其他消息（比如第二次按钮点击）。当Task.Delay完成后，对应的状态机实例会被调度回GUI线程继续执行剩余代码，此时它会读取自身实例里存储的a和dtask的值，所以两次恢复操作各自操作的是不同实例的数据，自然不会互相干扰。

简单来说，这里不是依靠线程栈保存局部变量，而是把局部变量转化为状态机实例的字段，每个方法调用对应一个独立实例，就算在同一个线程恢复，操作的也是不同的实例数据。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者amonroejj