C#异步调用链中Async-Await的堆分配问题确认

先把你提供的示例代码格式化一下，方便分析：

static async Task OneAsync() 
{ 
    Console.WriteLine("OneAsync: Start"); 
    await TwoAsync(); 
    Console.WriteLine("OneAsync: End"); 
} 

static async Task TwoAsync() 
{ 
    Console.WriteLine("TwoAsync: Start"); 
    await ThreeAsync(); 
    Console.WriteLine("TwoAsync: End"); 
} 

static async Task ThreeAsync() 
{ 
    Console.WriteLine("ThreeAsync: Start"); 
    var c = new HttpClient(); 
    var content = await c.GetStringAsync("http://google.com"); 
    Console.WriteLine("Content:" + content.Substring(0, 10)); 
    Console.WriteLine("ThreeAsync: End"); 
}

咱们逐一验证你的两个假设：

假设1：调用OneAsync时，三个AsyncStateMachine都会被分配到堆上？ #

结论：是的，三个状态机都会被装箱到堆上。

原因很直白：当async方法执行到第一个未完成的await时，当前方法的执行需要暂停，后续要在异步操作完成后恢复执行。这时候编译器生成的AsyncStateMachine结构体需要被持久化（比如被异步操作的回调引用），而结构体是值类型，要被持久化就必须被装箱到堆上。

在你的示例里，ThreeAsync中的GetStringAsync是真正的异步IO操作，会返回一个未完成的Task，所以ThreeAsync的状态机会被装箱；接着TwoAsync等待这个未完成的Task，它自己的执行也需要暂停，状态机同样被装箱；最后OneAsync等待TwoAsync返回的未完成Task，它的状态机也会被装箱到堆上。

假设2：若ThreeAsync直接返回Task.CompletedTask，此时仅存在2个AsyncStateMachine，且无堆分配？ #

结论：状态机依然是三个，但确实不会产生堆分配。

首先要纠正一点：只要是async方法，不管它有没有实际的异步逻辑，编译器都会为它生成对应的AsyncStateMachine结构体——哪怕ThreeAsync改成下面这样，依然会有它专属的状态机：

static async Task ThreeAsync() 
{ 
    Console.WriteLine("ThreeAsync: Start"); 
    await Task.CompletedTask;
    Console.WriteLine("ThreeAsync: End"); 
}

不过重点是堆分配的问题：从C# 7.0开始，编译器有一个同步完成优化——当async方法可以全程同步执行（所有await的都是已完成的Task）时，编译器不会将状态机装箱到堆上。状态机实例只会在栈上临时创建，方法执行完成后就被销毁，不会产生堆内存分配。

在这个修改后的场景里，整个调用链的所有await都是等待已完成的Task，所以三个状态机都只会在栈上存在，不会有堆分配的情况。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者aspnetuser