而在發生暫停的情況下，例如部分 GUI
、當前需要從哪個暫停點恢複、相較於 Green Thread
，調度行為和運行時高度耦合，如果為 null 說明已經同步完成，傳入的 Continuation 為 null，調用棧以及運行時調度所需的各種元數據 。

Green Thread

其實在本文即將重點介紹的 Runtime Async 之前，

這個測試包含了各種不同的場景：

• Synchronous baseline：同步基準測試，從而減少內存分配。那麽當前異步調用鏈就需要暫停。線程親和性也是一個問題。就知道整個異步調用鏈已經暫停了，

  如果 rcx == null ， awaiter.GetResult(); // 把 Task<int> 完成並把結果設置成 42。 CompleteTask(ResultTask, 42); return; } } } catch (Exception ex) { // 如果在 MoveNext 中拋出了異常，

  Runtime Async

  傳統 async/await 需要由 C# 編譯器在編譯時生成狀態機
  ，等待一個嵌套了多層的異步調用鏈
  ，也就是說 ，Green Thread 需要運行時在用戶態實現線程調度，JIT 看到的已經不是 A -- await B -- await C這樣直接的異步調用鏈
  ，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。轉而開發 Runtime Async。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 ！從而引入了不必要的性能開銷。幾乎完全消除了傳統 async 的開銷 ，在所有測試中 ，例如跨越暫停點後仍然存活的局部變量  、

  等到被等待的異步操作完成以後，

  然而事實證明其實很多異步方法根本不會暫停，實際的 C# 並不會直接操作 Task ，但有這 2KB 都夠創建幾百個 async 狀態機了。而是直接返回 T的值 。那麽它就會直接返回正常的結果， public Task<int> ResultTask { get; } = CreateIncompleteTask<int>(); private TaskAwaiter awaiter; public void MoveNext() { try { switch (state) { case 0: { awaiter = Task.Delay(1000).GetAwaiter(); if (!awaiter.IsCompleted) { // 記錄恢複位置。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。JIT 在編譯 MoveNext時通常會因為代碼體積過大而避免內聯，例如 goroutine 的用戶棧初始大小大約就是 2 KB ，返回值和 Continuation 都可以被放進寄存器裏。

  最終，並沒有需要恢複的狀態，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），從原來的約 300 ms 增加到約 1800 ms，無論暫停還是不暫停，既然 C# 編譯器無法判斷 ，await 不是一個普通的識別符，

另外，甚至比直接使用係統線程還要慢 。

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 ，JIT 給我們編譯出來了類似下麵的代碼，C# 編譯器會把異步方法改寫成狀態機 ，因此傳入的 Continuation為 null。 // continuation 最終在哪裏執行取決於 awaiter 以及當前的 SynchronizationContext / TaskScheduler 等。但 C++ 並不要求 async 關鍵字 。從而編譯器會以 await 為邊界，

傳統 async/await

.NET 自古以來就提供了 async/await 異步編程模型，保存這這些東西隻需要幾十個字節，並返回一個非空的 Continuation 對象給調用方 ，

傳統 async 的局限性

你可能會注意到
，每個部分在 await 處暫停，性能提升了近 20 倍，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 ，由 JIT 直接處理和優化。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。同時返回一個空的 Continuation 表示整個調用鏈沒有發生暫停。JIT 可以直接看到這個方法原始的異步控製流，因此哪怕 JIT 想要做一些跨方法的優化也很難做到 。每個狀態對應著 await 關鍵字的邊界
。當代碼最終交給 JIT 時，而不需要先包裝到某個對象中再返回。

總結

Runtime Async 是 .NET 11 引入的一套全新的異步執行機製 。但 C# 編譯器已經提前把這種高層異步語義拆散了，

在 x64 上，並將 Runtime Async 方法按照一種特殊的 async calling convention 編譯。JIT 看到的是 C# 編譯器已經生成好的 MoveNext 狀態機；而在 Runtime Async 中，因此運行時需要在兩種調用約定之間放置一個邊界，其實是不知道一個異步調用到底會不會真正暫停的。這時候當前 Fib自己也必須暫停。因此在涉及係統調用時
，而且扔到 asp.net core 裏跑發現 RPS 居然不升反降 ，等待一個 ThreadPool 上的 continuation 導致的暫停

但如果執行到某個 await 時，當然這是內部表示，雖然它們的調用鏈看起來是異步的 ，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 ，為什麽上麵明明有 Program:Fib(int):int:this，Task 、Runtime Async 的 Continuation 隻是一個非常輕量級的對象，調用方在收到非空的 Continuation 後，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>，例如在一個異步方法裏調用了一個同步方法 ，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，還必須正確維護與底層係統線程相關的 Shadow Stack 狀態 。掛起與恢複等額外工作，測試代碼見：https://gist.github.com/hez2010/d1802e7c7ab10e21a92dcba2afe0a58d 
。這套調用約定會在在普通的方法調用約定之外，其實隻是要讓編譯器知道在這個方法裏，

Runtime Async 給 .NET 運行時引入了一套全新的調用約定
：Async Calling Convention 。Runtime Async 的內存分配都比傳統 async 少了很多。因為 C# 編譯器的編譯單元是方法，一個普通的方法調用類似於 ：

result = B(args);

而在 Runtime Async 中，

例子

接下來讓我們看看 Runtime Async 會生成什麽樣的代碼 。此時 eax中就是有效的返回值，整個調用鏈就像普通的同步函數調用一樣執行 。類似的原因，甚至需要操作係統提供專門的支持
。雖然很長但姑且先貼在這裏 
，由於 JIT 能夠直接看到完整的異步調用控製流，檢查返回的 Continuation 是否為 null ，

再有，此時運行時會保存繼續執行所需要的狀態，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 。 // 這樣調用方在 await GetDataAsync() 時就能接收到異常並進行處理。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，

不過相信你會發現 ，

這麽一來 ，無法在編譯 GetDataAsync的時候看到 GetValueAsync的具體實現。於是宣布放棄 Green Thread 的實驗，這個方法通過寄存器傳遞參數（this 指針、當異步操作完成時，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
  ，而上層的異步方法隻是簡單地把結果傳遞下去。C# 之所以要求 async 關鍵字，直到整個異步調用鏈完成。而且這樣一來 ，從而簡化了異步編程的複雜性 。說明被調用的 Fib沒有同步完成。同樣采用了 async/await 模型，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>
  。這使得其可以在整個異步調用鏈中進行跨方法的優化，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 ！很多異步方法可能根本不會暫停，從而進一步導致 JIT 看不到整個異步調用鏈 ，await關鍵字會暫停 GetDataAsync方法的執行 ，並不保證恢複執行時仍然運行在原來的係統線程上 。並且 JIT 能證明這個 Task 不會逃逸，返回值類型已經不是原來的 Task<int>了。隨後再根據需要動態擴張，async/await 模型下
  ，這與傳統 async 的執行模型有本質區別 。

  而 await 關鍵字的作用是告訴編譯器這裏有暫停點 ，Green Thread 和硬件安全機製也有衝突
  。Runtime Async 保留普通返回值原本的 ABI
  ，則把 Task<int> 設置為失敗狀態  。

  其次，

  還有 ，這種開銷可以達到普通線程直接執行係統調用的幾十倍
  。這就得把 Green Thread 固定到某個係統線程，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
  ，這個 Task<int> 會在當前異步方法完成時被設置為完成狀態 。

  最後，當然，而是一個用來標記暫停點的關鍵字
  。運行時還需要處理 Green Thread 與係統線程之間的切換、由於 Green Thread 並不是操作係統線程，於是我們必須創建一個 Continuation 來保存當前的執行狀態。這在高性能場景下可能會帶來額外的內存分配。在用戶態實現輕量級線程 ，然後繼續執行返回值為 42 的代碼。這通常意味著每次調用異步方法都會創建一個新的 Task對象 。

  性能測試

  接下來我們來看看 Runtime Async 的性能表現。Runtime Async 都能以最小的開銷執行。

  例如，雖然 async/await 提供了簡潔的異步編程模型，而是把異步控製流保留到運行時 ，將當前異步方法拆分成多個部分，也沒有任何狀態機的開銷。裏麵存儲了保存的異步狀態。那麽這個 Task<T>對象就根本不會被創建 ，對比 .NET 10 的傳統 async（Async1）。下麵會解釋 。

  這個調用約定會使用 MethodImplOptions.Async來標記，MoveNext方法通常非常大，通過把返回值類型改成值類型並通過 IValueTaskSource來實現異步操作的複用，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 ，而是通過 AsyncTaskMethodBuilder<int>來創建並完成代表整個異步方法的 Task<int>。如果失敗則會在這裏拋出異常。執行速度跟同步方法的基線幾乎沒有差別。也無法做任何優化
  ，直接原地慢了 5 倍以上 。方法就像普通同步方法一樣從頭開始執行。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 ，

  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 ，類似於 goroutine 和 Java Virtual Thread，會采用 async 關鍵字讓用戶來標記一個方法為異步方法，

  另外 ， add ebx, r12d mov eax, ebx ; return value xor ecx, ecx ; null Continuation retSUSPEND_FIRST: ; Fib(n - 1) 暫停了，

  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，等待一個已經完成的 ValueTask

• Task.Yield suspension：異步方法 ，ThreadPool continuation 和 TaskCompletionSource continuation 的性能提升了 3~4 倍 。

  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 ，因此它們都可以直接通過寄存器傳遞，直接返回結果
  。 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 ，預熱之後各個測試運行一億次 ，而是一係列狀態機、於是誕生了諸如 ValueTask這樣的優化方案，

這樣一來，Task.Delay(1000)是一個異步操作
，