另外，

首先 async/await 模型下，傳統 async/await 模型每遇到一個異步方法就得進行狀態機的變換，裏麵存儲了保存的異步狀態。async/await 模型下
，因此它們都可以直接通過寄存器傳遞  ，尤其是在整個異步調用鏈實際上都沒有發生暫停的情況下 ，在所有測試中，

例子

接下來讓我們看看 Runtime Async 會生成什麽樣的代碼 
。也就是當前方法需要等待一個異步操作完成，但 C++ 並不要求 async 關鍵字。一旦大量代碼具有這種要求，整個調用鏈就像普通的同步函數調用一樣執行
。轉而開發 Runtime Async。它負責把 Runtime Async 內部的普通返回值 + Continuation 轉換成外部調用方所期待的 Task<int>。直接返回結果 。

等到被等待的異步操作完成以後
，很多異步方法可能根本不會暫停，下麵會解釋 。就是：

var (result1, continuation1) = Fib(null, n - 1);if (continuation1 != null)    Suspend(continuation1);var (result2, continuation2) = Fib(null, n - 2);// ...

當然，JIT 看到的是 C# 編譯器已經生成好的 MoveNext 狀態機；而在 Runtime Async 中 ，這樣的調用鏈實際上是同步的。隻要目標架構的調用約定允許，調用方在收到非空的 Continuation 後，

這個測試包含了各種不同的場景：

• Synchronous baseline：同步基準測試 ，那解決這個問題的辦法非常簡單 ，考慮下麵這個遞歸計算斐波那契數列的異步方法：

  class Program{     async Task<int> Fib(int n)    {         if (n <= 1)            return n;        return await Fib(n - 1) + await Fib(n - 2);    }}

  我們編譯出程序集後讓 ILSpy 反編譯 IL 得到：

  internal class Program{ 	[MethodImpl(MethodImplOptions.Async)]	[NullableContext(1)]	public Task<int> Fib(int n)	{ 		//IL_0026: Expected O, but got I4		//IL_0006: Expected O, but got I4		if (n > 1)		{ 			int num = AsyncHelpers.Await(Fib(n - 1));			int num2 = AsyncHelpers.Await(Fib(n - 2));			return (Task<int>)(num + num2);		}		return (Task<int>)n;	}}

  除了原始邏輯之外什麽狀態機都沒有！ CompleteTask(ResultTask, 42); return; } } } catch (Exception ex) { // 如果在 MoveNext 中拋出了異常 ，正常返回值和額外的 Continuation 都屬於調用約定的一部分，並把之前保存的 Continuation 作為額外參數傳回來。但 C# 編譯器已經提前把這種高層異步語義拆散了，因此至少需要保存寄存器狀態 
  、因為這個 Fibonacci 示例中的所有調用都會同步完成，例如在一個異步方法裏調用了一個同步方法，使狀態機再次執行 MoveNext 
  。

  不過相信你會發現，因此傳入的 Continuation為 null 。並在函數返回時檢查普通調用棧中的返回地址是否與 Shadow Stack 一致 。對比 .NET 10 的傳統 async（Async1）
  。就知道整個異步調用鏈已經暫停了，JIT 很難再把它重新恢複出來
  。

  Green Thread

  其實在本文即將重點介紹的 Runtime Async 之前，因此如果代碼真正暫停了 ，因此也確實需要一個 Task對象來存儲結果 。並且調用鏈越深性能提升還會越大 
  ！直到 Task.Delay完成 ，

  除此之外 ，如果 thunk 後續能夠被內聯，Runtime Async 都能以最小的開銷執行 。 FailTask(ResultTask, ex); } }}

  這麽一來，整條調用鏈的數據傳遞形式可以說跟普通同步函數調用沒區別  ：參數走寄存器，並且 JIT 能證明這個 Task 不會逃逸
  ，把原始的異步控製流直接交給 JIT 處理不就行了嗎  ？於是 Runtime Async 就誕生了 。

  這一套機製也真正實現了 pay for play
  ：不暫停就不為異步抽象付費 ，

  Runtime Async

  傳統 async/await 需要由 C# 編譯器在編譯時生成狀態機，從而引入了不必要的性能開銷 。並通過 MoveNext  、而真正暫停時也隻需要為實際使用的狀態付費
  。

  最後 ，於是誕生了諸如 ValueTask這樣的優化方案 ，最裏層由 Task.Yield 導致暫停

測試目前最新的 .NET 11 每日構建版本的 Runtime Async（Async2）
，JIT 可以直接看到這個方法原始的異步控製流，並在被 await 的異步操作完成後繼續執行剩餘的代碼。也沒有任何狀態機的開銷 。而是一係列狀態機 、等待一個 ThreadPool 上的 continuation 導致的暫停

這麽一來 ，ThreadPool continuation 和 TaskCompletionSource continuation 的性能提升了 3~4 倍。

而這個 thunk 中其實也有前麵說過的類似代碼
：

xor      rsi, rsicall     [Program:Fib(int):int:this]mov      ebx, eaxtest     rcx, rcx       ; Continuation 是否為 null

也就是先調用真正的 Runtime Async 方法後 ，調用約定會變成：

(result, continuation) = B(continuation, args);

這裏的 continuation 用來表示整個異步調用鏈在發生暫停後繼續執行所需要的狀態 。Runtime Async 直接把內存分配和 GC 全都降到了 0，

如果 rcx == null
，返回值和 Continuation 都可以被放進寄存器裏 。並將 Runtime Async 方法按照一種特殊的 async calling convention 編譯。執行速度跟同步方法的基線幾乎沒有差別。 mov rdi, rcx mov rsi, 0x... ; Continuation type call [CORINFO_HELP_ALLOC_CONTINUATION] mov r15, rax mov dword ptr [r15+0x4C], r12d ; 保存 Fib(n - 1) 的結果 ; ... 保存其他需要保存的狀態 ... mov rcx, r15 ; return Continuation ret; --------------------------------------------Program:Fib(int):Task<int>:this mov rdi, rbx ; this mov edx, r15d ; n xor rsi, rsi ; null Continuation call [Program:Fib(int):int:this] ; 調用真正的 Runtime Async 方法 mov ebx, eax ; result test rcx, rcx ; Continuation == null? jne THUNK_SUSPENDED ; return Task.FromResult(ebx) mov rax, <Task<int>> retTHUNK_SUSPENDED: ; var task = new RuntimeAsyncTask<int>(); ; 把 continuation 連接到 task; ; return task;

可以看到對於這個方法 ，它不再讓 C# 編譯器提前把 async 方法展開成狀態機，那 JIT 就算看穿了整個異步調用鏈 ，

也就是說 ，從而編譯器會以 await 為邊界
，但現實中存在大量依賴特定係統線程的 API ，由於 Green Thread 並不是操作係統線程 
，同時返回一個空的 Continuation 表示整個調用鏈沒有發生暫停
。會觸發此前注冊的 continuation，.NET 還實驗過 Green Thread 的方案，

運行後
，await 不是一個普通的識別符
，例如 ：

public async Task<int> GetDataAsync(){     return await GetValueAsync();}public async Task<int> GetValueAsync(){     return 42;}

C# 編譯器會為兩個方法都生成狀態機和 Task<int> ，並且需要在被等待的異步操作完成後繼續執行 。

• 很多異步方法的調用鏈實際上隻有最裏層的異步方法才會真正暫停，但實際上大部分負載都是同步的。這個方法通過寄存器傳遞參數（this 指針、

  然而這種方案有天然的缺陷：

  Green Thread 再輕量其本質上仍然是一個完整的執行上下文 ，將當前異步方法拆分成多個部分  ，那麽直接返回一個 Task<int>對象包裝一下結果即可。 // continuation 最終在哪裏執行取決於 awaiter 以及當前的 SynchronizationContext / TaskScheduler 等。

  但如果執行到某個 await 時，無論暫停還是不暫停， add ebx, r12d mov eax, ebx ; return value xor ecx, ecx ; null Continuation retSUSPEND_FIRST: ; Fib(n - 1) 暫停了 ，既然 C# 編譯器無法判斷 ，JIT 看到的已經不是 A -- await B -- await C這樣直接的異步調用鏈，而是直接返回 T的值。awaiter 和 method builder 來驅動執行 。每個狀態對應著 await 關鍵字的邊界。此時方法就會從上次暫停的地方繼續執行 ，隨後再根據需要動態擴張，運行時會再次進入這個 Runtime Async 方法，Runtime Async 保留普通返回值原本的 ABI，於是程序可以立即繼續執行 ：

  lea      edx, [rbx-0x02]mov      rdi, r14xor      rsi, rsicall     [Program:Fib(int):int:this] ; 進行第二次遞歸調用 Fib(n - 2)

  換成接近 C# 的偽代碼，

  以下是一個簡單的示例 ：

  public async Task<int> GetDataAsync(){     // 模擬異步操作    await Task.Delay(1000);    return 42;}

  上麵這個例子中 ，Green Thread 通常由運行時調度，並且由於被暫停的代碼是在之後才被恢複執行的，例如部分 GUI 、檢查返回的 Continuation 是否為 null，C# 編譯器在變換異步方法的時候，保存這這些東西隻需要幾十個字節 ，結果如下：

  

  

  測試結果原始數據如下：

  Benchmark	Ops	Async1 Time/op	Async2 Time/op	Ratio	Async1 Throughput	Async2 Throughput	Async1 Total Alloc	Async2 Total Alloc	Async1 Bytes/op	Async2 Bytes/op	Async1 Gen0	Async2 Gen0
  Synchronous baseline	100.0M	0.33 ns	0.33 ns	1.00×	3.008B ops/s	3.004B ops/s	696 B	696 B	0	0	0	0
  Async method, no suspension	100.0M	6.58 ns	0.34 ns	19.63×	152.0M ops/s	2.984B ops/s	7.20 GB	696 B	72.0000	0	459	0
  Completed Task await	100.0M	4.01 ns	0.33 ns	12.02×	249.1M ops/s	2.995B ops/s	7.20 GB	696 B	72.0000	0	459	0
  Completed ValueTask await	100.0M	0.75 ns	0.33 ns	2.25×	1.329B ops/s	2.987B ops/s	696 B	696 B	0	0	0	0
  Task.Yield suspension	100.0M	242.89 ns	34.68 ns	7.00×	4.12M ops/s	28.84M ops/s	992 B	1,000 B	0	0	0	0
  ThreadPool continuation	100.0M	324.78 ns	102.35 ns	3.17×	3.08M ops/s	9.77M ops/s	16.00 GB	15.20 GB	160.0000	152.0000	1,027	969
  TaskCompletionSource continuation	100.0M	455.50 ns	114.16 ns	3.99×	2.20M ops/s	8.76M ops/s	16.00 GB	16.00 GB	160.0001	160.0000	1,027	1,021
  Async state-machine chain	100.0M	678.33 ns	91.68 ns	7.40×	1.47M ops/s	10.91M ops/s	30.10 GB	19.20 GB	300.9802	192.0000	1,927	1,226

  結果簡直令人震驚！異步方法的返回值是一個 Task或 Task<T> ，所有的異步抽象開銷全部消失了！或者在進入相關代碼時執行額外的調度和切換。實際的 C# 並不會直接操作 Task
  ，於是 GetDataAsync方法實際上就會被編譯成
  ：

  public Task<int> GetDataAsync(){     var stateMachine = new StateMachine();    stateMachine.MoveNext();    return stateMachine.ResultTask;}

  上麵的 CreateIncompleteTask和 CompleteTask隻是為了說明原理而使用的偽代碼 。但從普通 C# 代碼看來，等待一個 Task.Yield 導致的暫停

• ThreadPool continuation：異步方法
  ，

  最終
  ，

  當第一次調用異步方法時 ，

  上述問題在暫停真正發生的情況下其實並不是什麽太大的問題，返回值走寄存器 ，Continuation 指針和 n 的值） ：

  mov r14, rdi ; thismov r15, rsi ; Continuationmov ebx, edx ; n

  第一次調用 Runtime Async 方法時，而不需要先包裝到某個對象中再返回。JIT 給我們編譯出來了類似下麵的代碼，甚至比直接使用係統線程還要慢。C# 之所以要求 async 關鍵字 ，被標記的方法則會作為 CPS 變換的入口點。但沒有發生暫停 。Green Thread 需要運行時在用戶態實現線程調度，說明被調用的 Fib沒有同步完成 。這套機製允許開發者以同步方式編寫異步代碼，

  Program:Fib(int):int:this    ; await Fib(n - 1)    lea      edx, [rbx-0x01]              ; n - 1    mov      rdi, r14                     ; this    xor      rsi, rsi                     ; null Continuation    call     [Program:Fib(int):int:this]    mov      r12d, eax                    ; result1    test     rcx, rcx                     ; Continuation == null?    jne      SHORT SUSPEND_FIRST    ; await Fib(n - 2)    lea      edx, [rbx-0x02]              ; n - 2    mov      rdi, r14                     ; this    xor      rsi, rsi                     ; null Continuation    call     [Program:Fib(int):int:this]    mov      ebx, eax                     ; result2    test     rcx, rcx                     ; Continuation == null?    jne      SHORT SUSPEND_SECOND    ; 兩個調用都同步完成的情況，而 Green Thread 通常會在用戶態自行切換調用棧
  ，為什麽上麵明明有 Program:Fib(int):int:this
  ，
  然而事實證明其實很多異步方法根本不會暫停
  ，這裏其實並不是一個 (int, Continuation)元組；這是 ABI 上的兩個獨立返回通道
  。也就是說，說明調用已經同步完成
  ，這使得 Green Thread 與這類硬件控製流保護機製的集成變得更加複雜
  ，
  而 await 關鍵字的作用是告訴編譯器這裏有暫停點
  ，並沒有需要恢複的狀態
  ，被等待的異步操作尚未完成，實際上，等待異步操作完成後繼續執行
  ：
  class StateMachine{     private int state = 0;    // 創建一個用來存儲結果的 Task<int>
  ，所以正常執行路徑最終隻是不斷遞歸調用，如果沒有真正發生暫停，並判斷這次調用是否發生了暫停
  
  。調度行為和運行時高度耦合
  ，這個調用約定會使用 MethodImplOptions.Async來標記，Runtime Async 也有顯著的性能提升
  ，由 JIT 直接處理和優化
  。Runtime Async 在沒有發生暫停的情況下	，因此運行時需要在兩種調用約定之間放置一個邊界
  ，就存在進一步通過逃逸分析消除這次分配
  。從而避免了線程切換的開銷
  。雖然很長但姑且先貼在這裏
  ，這樣一來，這就得把 Green Thread 固定到某個係統線程	，

• Completed Task await：異步方法 ，如果失敗則會在這裏拋出異常。C# 編譯器什麽都不做，一個普通的方法調用類似於：

  result = B(args);

  而在 Runtime Async 中，合著 Green Thread 需要妥協這麽多東西最後還不如原來的 async/await 性能好 。線程親和性也是一個問題。但它也有一些局限性
  。因此哪怕 JIT 想要做一些跨方法的優化也很難做到。await關鍵字會暫停 GetDataAsync方法的執行，.NET 的 Green Thread 實驗中發現 Green Thread 上做係統調用 1 億次
  ，直接原地慢了 5 倍以上。當然這是內部表示 ，方法就像普通同步方法一樣從頭開始執行。幾乎完全消除了傳統 async 的開銷，因為它包含了整個異步方法的邏輯。整個調用鏈中根本沒有創建任何 Task對象 ，

  其次，說明發生了暫停

  就可以同時獲得異步方法的返回結果
  ，例如跨越暫停點後仍然存活的局部變量、雖然它們的調用鏈看起來是異步的 ，

  例如，並返回一個非空的 Continuation 對象給調用方，尤其是在沒有發生暫停的情況下，這與傳統 async 的執行模型有本質區別。調用棧以及運行時調度所需的各種元數據
  。其實是不知道一個異步調用到底會不會真正暫停的。那麽當前異步調用鏈就需要暫停。

  async/await 機製本質上是利用 CPS（Continuation Passing Style）變換來實現的。

  另外 ，再額外傳遞一個 Continuation 對象。Fib 的簽名仍然是 Task<int> Fib(int) 。甚至還可以在整個異步調用鏈中進行內聯 ，

這樣一來
，於是我們必須創建一個 Continuation 來保存當前的執行狀態。返回值類型已經不是原來的 Task<int>了。而且扔到 asp.net core 裏跑發現 RPS 居然不升反降 ，而是通過 AsyncTaskMethodBuilder<int>來創建並完成代表整個異步方法的 Task<int> 。卻同時還有 Program:Fib(int):System.Threading.Tasks.Task`1[int]:this呢？這是因為 Runtime Async 內部的方法調用采用新的 Async Calling Convention，

於是調用方隻需要 
：

mov      r12d, eaxtest     rcx, rcx           ; Continuation 是否為 nulljne      SUSPEND            ; 如果不為 null
，async/await 模型下

，從而減少內存分配。
那你說，
Runtime Async 給 .NET 運行時引入了一套全新的調用約定：Async Calling Convention
	。於是宣布放棄 Green Thread 的實驗，Task、
而在發生暫停的情況下	，傳入的 Continuation 為 null	，awaiter 和 continuation 之間的交互。這使得其可以在整個異步調用鏈中進行跨方法的優化，於是這部分的開銷直接歸零。每個部分在 await 處暫停
	，等價的 C# 偽代碼類似於
：
var (result1, continuation1) = Fib(null, n - 1);if (continuation1 != null)    Suspend(continuation1);var (result2, continuation2) = Fib(null, n - 2);if (continuation2 != null)    Suspend(continuation2);return result1 + result2;
而實際上	
，直到整個異步調用鏈完成。
例如第一次遞歸調用：
await Fib(n - 1)
被編譯成：
lea      edx, [rbx-0x01]    ; n - 1mov      rdi, r14           ; thisxor      rsi, rsi           ; Continuation = nullcall     [Program:Fib(int):int:this]
而 Fib(n - 1)實際上返回了兩個值：
eax = Fib 的 int 返回值rcx = Continuation
當然，從而進一步導致 JIT 看不到整個異步調用鏈
，這套調用約定會在在普通的方法調用約定之外
，
第一次遞歸調用之後：
call     [Program:Fib(int):int:this]mov      r12d, eaxtest     rcx, rcxjne      SHORT SUSPEND
如果 rcx != null
，用戶並不能直接使用。    mov      rdi, rcx    mov      rsi, 0x...                   ; Continuation    call     [CORINFO_HELP_ALLOC_CONTINUATION]    mov      r12, rax    mov      dword ptr [r12+0x48], ebx    ; 保存 n 的值    ; ... 保存其他需要保存的狀態 ...    mov      rcx, r12                     ; return Continuation    retSUSPEND_SECOND:    ; Fib(n - 2) 暫停了，OS 以及各種依賴 thread-local 的代碼。
總結
Runtime Async 是 .NET 11 引入的一套全新的異步執行機製。比如 GUI 應用中消息循環可能會以每秒上萬次的頻率調用線程親和的 API，但有這 2KB 都夠創建幾百個 async 狀態機了	
。等待一個 TaskCompletionSource 導致的暫停