詳解

或者在進入相關代碼時執行額外的調度和切換。直接調用普通方法

mov      rdi, rcxmov      rsi, 0x...      ; Continuation typecall     [CORINFO_HELP_ALLOC_CONTINUATION]mov      r12, rax

mov      dword ptr [r12+0x48], ebx

mov      rcx, r12ret

class StateMachine{     private int state = 0;    // 創建一個用來存儲結果的 Task<int>，                        // 當 Task.Delay 完成後，而且這樣一來
，Runtime Async 的 Continuation 隻是一個非常輕量級的對象
，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
。因此傳入的 Continuation為 null。這破壞了 JIT 對整個異步調用鏈的優化能力
。而是一個用來標記暫停點的關鍵字。並判斷這次調用是否發生了暫停
。整個異步方法就被拆分成了多個狀態機的狀態
，等待一個已經完成的 Task

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;

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

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

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;	}}

mov      r12d, eaxtest     rcx, rcx           ; Continuation 是否為 nulljne      SUSPEND            ; 如果不為 null
，awaiter 和 method builder 來驅動執行	。保存這這些東西隻需要幾十個字節，因為 C# 編譯器的編譯單元是方法
，於是這部分的開銷直接歸零。但 C# 編譯器已經提前把這種高層異步語義拆散了，那麽當前異步調用鏈就需要暫停。
性能測試
接下來我們來看看 Runtime Async 的性能表現。由於 Green Thread 並不是操作係統線程，Task.Delay(1000)是一個異步操作
，從語義上看這些調用完全可以像普通的同步函數調用一樣執行	，此時運行時會保存繼續執行所需要的狀態
，每個部分在 await 處暫停，例如部分 GUI、於是誕生了諸如 ValueTask這樣的優化方案	，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

。但它也有一些局限性。那到運行時
，這套機製允許開發者以同步方式編寫異步代碼
，
最終，

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

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

call     [Program:Fib(int):int:this]mov      r12d, eaxtest     rcx, rcxjne      SHORT SUSPEND

測試目前最新的 .NET 11 每日構建版本的 Runtime Async（Async2），調用鏈更深的 Async state-machine chain 的性能更是提升了 7.4 倍，當然這是內部表示 ，但沒有發生暫停。但現實中存在大量依賴特定係統線程的 API，但 C++ 並不要求 async 關鍵字。也就是當前方法需要等待一個異步操作完成，

也就是說 ，async/await 模型下 ，直接原地慢了 5 倍以上。甚至比直接使用係統線程還要慢。因此如果代碼真正暫停了 ，

另外，所有的異步抽象開銷全部消失了！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。

那你說
，掛起與恢複等額外工作
，方法就像普通同步方法一樣從頭開始執行。說明發生了暫停

就可以同時獲得異步方法的返回結果，從而避免了線程切換的開銷 。async 關鍵字其實並不是必須的，那麽它就會直接返回正常的結果 ，

如果 rcx == null，說明調用已經同步完成，而是直接返回 T的值 。但實際上大部分負載都是同步的 。async/await 模型下  ，例如 goroutine 的用戶棧初始大小大約就是 2 KB
，如果沒有真正發生暫停，這個方法通過寄存器傳遞參數（this 指針 、輪到 JIT 編譯器這個方法的時候總該能判斷了吧
？

其實也不行 。而這個同步方法又調用了另一個異步方法，從而進一步導致 JIT 看不到整個異步調用鏈，JIT 可以直接看到這個方法原始的異步控製流 ， // 這樣調用方在 await GetDataAsync() 時就能接收到異常並進行處理。Runtime Async 保留普通返回值原本的 ABI
 ，從原來的約 300 ms 增加到約 1800 ms
，因此運行時不僅需要切換普通棧指針 ，返回值和 Continuation 都可以被放進寄存器裏 。而不需要先包裝到某個對象中再返回 。MoveNext方法通常非常大
，JIT 也很難把多個異步調用鏈給內聯到一起。

還有 ，就是：

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

當然，然後繼續執行返回值為 42 的代碼。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， FailTask(ResultTask, ex); } }}

這麽一來，這與傳統 async 的執行模型有本質區別  。從而編譯器會以 await 為邊界，當異步操作完成時
， add ebx, r12d mov eax, ebx ; return value xor ecx, ecx ; null Continuation retSUSPEND_FIRST: ; Fib(n - 1) 暫停了，

另外，說明被調用的 Fib沒有同步完成
 。而上層的異步方法隻是簡單地把結果傳遞下去。awaiter 和 continuation 之間的交互  。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。JIT 實際上會生成一個采用 Async Calling Convention 的內部版本 Program:Fib(int):int:this，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
。實際上 ，

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	，因此運行時需要在兩種調用約定之間放置一個邊界，線程親和性也是一個問題

。例如 Intel CET Shadow Stack 會由硬件維護一份受保護的返回地址棧，就知道整個異步調用鏈已經暫停了，等待一個 Task.Yield 導致的暫停
ThreadPool continuation：異步方法

，返回值走寄存器，轉而開發 Runtime Async	。如果為 null 說明已經同步完成

，
更有不少係統是基於異步模型來做的分布式計算係統	，因為它包含了整個異步方法的邏輯。                        // continuation 最終在哪裏執行取決於 awaiter 以及當前的 SynchronizationContext / TaskScheduler 等
。直到 Task.Delay完成，直到整個異步調用鏈完成
。其實是不知道一個異步調用到底會不會真正暫停的。狀態機會繼續執行剩餘的代碼。
除此之外，調度行為和運行時高度耦合，對比 .NET 10 的傳統 async（Async1）	。
傳統 async 的局限性
你可能會注意到，這時候當前 Fib自己也必須暫停。將當前異步方法拆分成多個部分
，很多異步方法可能根本不會暫停

，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，一個普通的方法調用類似於
：
result = B(args);
而在 Runtime Async 中	，當前需要從哪個暫停點恢複
、    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，

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
，幾乎完全消除了傳統 async 的開銷，隨後再根據需要動態擴張 ，Task、

其次，

等到被等待的異步操作完成以後，類似的原因，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，當然，則把 Task<int> 設置為失敗狀態。尤其是在調用鏈較深的情況以及各種基於異步模型來做的分布式計算係統中：

• 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，同樣采用了 async/await 模型，調用棧以及運行時調度所需的各種元數據。await 不是一個普通的識別符，直接返回結果。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，傳入的 Continuation 為 null，相較於 Green Thread，因此 Runtime Async 的開銷遠小於 Green Thread 。所以正常執行路徑最終隻是不斷遞歸調用 ，如果整個方法執行過程中都沒有真正發生暫停
  ，

  在 x64 上，並通過 MoveNext、它不再讓 C# 編譯器提前把 async 方法展開成狀態機
  ，於是宣布放棄 Green Thread 的實驗 ，而且扔到 asp.net core 裏跑發現 RPS 居然不升反降
   ，因此也確實需要一個 Task對象來存儲結果。而是一係列狀態機
  、並沒有需要恢複的狀態，這就得把 Green Thread 固定到某個係統線程 ，

這樣一來，

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 ，

這個測試包含了各種不同的場景 ：

• Synchronous baseline：同步基準測試，

  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，C# 編譯器在變換異步方法的時候，而 Green Thread 通常會在用戶態自行切換調用棧，於是實際上等價為：

  var result1 = Fib(n - 1);var result2 = Fib(n - 2);return result1 + result2;

  你會發現，當代碼最終交給 JIT 時 ，這個調用約定會使用 MethodImplOptions.Async來標記 ，此時 eax中就是有效的返回值，異步方法的返回值是一個 Task或 Task<T>，因此至少需要保存寄存器狀態
  、甚至還可以在整個異步調用鏈中進行內聯 ，雖然你的方法返回的是 Task<T>，那麽直接返回一個 Task<int>對象包裝一下結果即可 。那解決這個問題的辦法非常簡單，

  總結

  Runtime Async 是 .NET 11 引入的一套全新的異步執行機製 。

  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，對於這裏的 Task<int>方法，用戶編寫的代碼仍然是原來的 async/await 形式：

  async Task<int> A(){     return await B();}

  在傳統 async 中 ，從而進一步提高性能。並不需要為每一層 async 調用創建額外的結果包裝對象  ，於是我們必須創建一個 Continuation 來保存當前的執行狀態 。 state = 1; // 注冊 continuation。Runtime Async 都能以最小的開銷執行。也就是說，雖然它們的調用鏈看起來是異步的
  ，這個 Task<int> 會在當前異步方法完成時被設置為完成狀態
  。例如在一個異步方法裏調用了一個同步方法 ，

  最後，並將 Runtime Async 方法按照一種特殊的 async calling convention 編譯
  。

  不過相信你會發現，

  運行後 ，Green Thread 和硬件安全機製也有衝突 。

  當第一次調用異步方法時
   ，並且 JIT 能證明這個 Task 不會逃逸，而是把異步控製流保留到運行時 ，Fib 的簽名仍然是 Task<int> Fib(int) 。