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自从 C# 5.0 引入了 async 和 await 语法以后，异步编程变得非常简单，而 Task 类型也在开发中扮演着相当重要的角色，存在感极高。但是在 .NET Core 2.0 这个版本，微软引入了一个新的类型 ValueTask，那么这个类型是什么？为什么我们需要它？什么情况下应该使用它？我们今天就来探讨一下。

简单回顾 Task 类型 ¶

在异步编程中，我们经常会使用 Task 类型来表示一个异步操作或者说异步任务。相较于其他一些主流编程语言，C# 中的异步任务其实开销很小。比如知乎上的大佬 hez2010 在他的这个回答中提到，C# 的 Task 类型通常只占用 64~136 B 的内存，而 Go 语言的一个 goroutine 至少占用 2 KB 的内存。

不仅如此，Task 还有许多优化技巧，比如：

1. 如果想直接返回一个结果，可以使用 Task.FromResult 方法
2. 如果想直接返回一个已经完成的任务，可以使用 Task.CompletedTask
3. 如果想直接返回一个已经取消的任务，可以使用 Task.FromCanceled
4. 如果想直接返回一个已经失败的任务，可以使用 Task.FromException

等等。所以从 C# 5.0（大概是 .NET Framework 4 时代）开始，直到 .NET Core 2.0 之前，一直相安无事。

传统 Task 类型的问题 ¶

但是，随着 .NET 开始跨平台，能使用 C# 的场景越来越多，微软的“野心”也越来越大，开始从各种角度优化 C# 的性能，从而使 .NET 能够胜任各种任务场景。除了引入 Span、Memory、ref struct 等新特性外，还引入了 ValueTask。那么，传统的 Task 类型有什么问题呢？

首先我们要知道，Task 包含泛型版本和非泛型版本，分别对应有无返回值的异步任务。而 ValueTask 在诞生之初，只有一个泛型版本。换句话说，设计者认为，ValueTask 应当只适用于有返回值的异步任务。所以这里我们来看一个典型的例子：

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private readonly ConcurrentDictionary<int, string> _cache = new ();

public async Task<string> GetMessageAsync(int id)
{
    if (_cache.TryGetValue(id, out var message))
    {
        return message;
    }

    message = await GetMessageFromDatabaseAsync(id);
    _cache.TryAdd(id, message);

    return message;
}

在上面的 GetMessageAsync 方法中，我们首先尝试从缓存中获取消息，如果没有找到，就再尝试从数据库中获取。但这里有一个问题，如果缓存中有数据，那么虽然我们好像会直接返回一个值。但是，由于 GetMessageAsync 方法是一个异步方法，所以实际上会返回一个 Task<string> 类型的对象。这就意味着，即便我们本可以只返回一个值，我们依旧会多创建一个 Task 对象，这就导致了无端的内存开销。

ValueTask 简介 ¶

所以，ValueTask 的主要作用就是解决这个问题。它在 .NET Core 2.0 被正式引入，并在 .NET Core 2.1 得到了增强（新增了 IValueTaskSource<T> 接口，从而使它可以拥有诸如 IsCompleted 等属性），并且还添加了非泛型的 ValueTask 类型（这个我们稍后再说）。

ValueTask 我们先不要去思考它是否为值类型，而是可以这么理解：它适用于可能返回一个 Value，也可能返回一个 Task 的情形。也就是说，它非常适合上面的“缓存命中”的典型场景。我们可以把上面的代码修改为：

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public async ValueTask<string> GetMessageAsync(int id)
{
    if (_cache.TryGetValue(id, out var message))
    {
        return message;
    }

    message = await GetMessageFromDatabaseAsync(id);
    _cache.TryAdd(id, message);

    return message;
}

此时，如果缓存中有数据，那么我们可以直接返回一个 ValueTask<T> 对象，而不需要再创建一个 Task<T> 对象。这样就避免了无端的堆内存开销；否则，我们才会创建 Task<T> 对象。或者说，在这种情况下，ValueTask 的性能会退化为 Task（甚至可能还稍微低一丁点，因为涉及到更多的字段，以及值拷贝等）。

这时候我们再来思考它的性能究竟如何：

顾名思义，ValueTask 是一个值类型，可以在栈上分配，而不需要在堆上分配。不仅如此，它因为实现了一些接口，从而使它可以像 Task 一样被用于异步编程。所以，照理说，ValueTask 的性能要比 Task 更好很多（就如同 ValueTuple 之于 Tuple、Span 之于 Array 一样）。

但是，ValueTask 真的这么美好吗？它是不是可以完全替代 Task 呢？事情恐怕并没有这么简单。

ValueTask 的注意事项 ¶

现在，我们该谈一谈 ValueTask 在使用时需要注意的地方了。

ValueTask 不能被多次等待（await） ¶

ValueTask 底层会使用一个对象存储异步操作的状态，而它在被 await 后（可以认为此时异步操作已经结束），这个对象可能已经被回收，甚至有可能已经被用在别处（或者说，ValueTask 可能会从已完成状态变成未完成状态）。而 Task 是绝对不可能发生这种情况的，所以可以被多次等待。

不要阻塞 ValueTask ¶

ValueTask 所对应的 IValueTaskSource 并不需要支持在任务未完成时阻塞的功能，并且通常也不会这样做。这意味着，你无法像使用 Task 那样在 ValueTask 上调用 Wait、Result、GetAwaiter().GetResult() 等方法。

但换句话说，如果你可以确定一个 ValueTask 已经完成（通过判断 IsCompleted 等属性的值），那么你可以通过 Result 属性来安全地获取 ValueTask 的结果。

不要在多个线程上同时等待一个 ValueTask ¶

ValueTask 在设计之初就只是用来解决 Task 在个别情况下的开销问题，而不是打算全面取代 Task。因此，Task 的很多优秀且便捷的特性它都不用有。其中一个就是线程安全的等待。

也就是说，ValueTask 底层的对象被设计为只希望被一个消费者（或线程）等待，因此并没有引入线程安全等机制。尝试同时等待它可能很容易引入竞态条件和微妙的程序错误。而 Task 支持任意数量的并发等待。

如何克服 ValueTask 的局限性 ¶

在实际使用过程中，难免遇到需要突破它的上述限制的情况。那么我们该怎么办呢？这里给出几种常见情况的对应方式：

1. 如果希望用阻塞的方式（Result 与 .GetAwaiter().GetResult()）获取 ValueTask<T> 的结果，可以先判断 IsCompleted 或 IsCompletedSuccessfully 等属性的值，确认它已经完成，然后再获取结果
2. 如果希望等待多次，或在多个线程中等待等，那么可以使用 AsTask() 方法将其转为一个普通的 Task，进而再进行各种 Task 的常用操作

基于 ValueTask 的原理及限制，一个普遍认同的推荐用法是：

总结 ¶

总的来说，ValueTask 确实有很多闪光点，比如在栈上分配来避免堆分配的性能开销，但它也有一些让人头疼的限制，比如不能被多次等待。使用它就像是在走钢丝，一不小心就可能掉进性能优化的陷阱里。但别担心，大多数情况下，我们还是可以安全地使用 await 来等待 ValueTask<T> 的，只要我们不试图把它当作 Task 的替代品来用就好。

希望看了这篇文章之后，大家能够正确使用 ValueTask。

参考链接 ¶

• ValueTask Source Code
• Understanding the Whys, Whats, and Whens of ValueTask | .NET Blog
• Working with ValueTask in C# | CodeGuru.com
• Task vs ValueTask: When Should I use ValueTask? | YouTube.com
• Understanding how to use Task and ValueTask | YouTube.com