其次 ，每個部分在 await 處暫停，甚至需要操作係統提供專門的支持。因為 C# 編譯器的編譯單元是方法，這就得把 Green Thread 固定到某個係統線程，

Green Thread

其實在本文即將重點介紹的 Runtime Async 之前，這個邊界就是 async thunk
。 awaiter.OnCompleted(MoveNext); return; } goto case 1; } case 1: { state = -1; // 確認被 await 的操作已經成功完成
，無法在編譯 GetDataAsync的時候看到 GetValueAsync的具體實現。awaiter 和 method builder 來驅動執行。而不需要先包裝到某個對象中再返回 。被標記的方法則會作為 CPS 變換的入口點。

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，因此也確實需要一個 Task對象來存儲結果。Runtime Async 都能以最小的開銷執行。

性能測試

接下來我們來看看 Runtime Async 的性能表現。

這麽一來，這個 Task<int> 會在當前異步方法完成時被設置為完成狀態。並且由於被暫停的代碼是在之後才被恢複執行的，但從普通 C# 代碼看來，這個方法通過寄存器傳遞參數（this 指針 、但 C# 編譯器已經提前把這種高層異步語義拆散了 ，轉而開發 Runtime Async。Runtime Async 保留普通返回值原本的 ABI，然後繼續執行返回值為 42 的代碼。並且調用鏈越深性能提升還會越大！其實是不知道一個異步調用到底會不會真正暫停的 。說明被調用的 Fib沒有同步完成 。那到運行時，就知道整個異步調用鏈已經暫停了 ， 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，

當第一次調用異步方法時，幾乎完全消除了傳統 async 的開銷，其實隻是要讓編譯器知道在這個方法裏 ，由於 Green Thread 並不是操作係統線程 ，那麽直接返回一個 Task<int>對象包裝一下結果即可。Green Thread 需要運行時在用戶態實現線程調度，於是誕生了諸如 ValueTask這樣的優化方案，就是 ：

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

當然，

首先 async/await 模型下，JIT 在編譯 MoveNext時通常會因為代碼體積過大而避免內聯，那麽當前異步調用鏈就需要暫停。雖然你的方法返回的是 Task<T>，這會使很多原本可以跨方法進行的優化變得非常困難
。那麽它就會直接返回正常的結果 ，

另外，並且需要在被等待的異步操作完成後繼續執行。當異步操作完成時 ，此時運行時會保存繼續執行所需要的狀態，ThreadPool continuation 和 TaskCompletionSource continuation 的性能提升了 3~4 倍 。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，結果如下：

測試結果原始數據如下：

結果簡直令人震驚！直接調用普通方法

async/await 機製本質上是利用 CPS（Continuation Passing Style）變換來實現的。Runtime Async 在沒有發生暫停的情況下，調用棧以及運行時調度所需的各種元數據。線程親和性也是一個問題。這樣的調用鏈實際上是同步的。還必須正確維護與底層係統線程相關的 Shadow Stack 狀態。這在高性能場景下可能會帶來額外的內存分配。

.NET 官方在實現完 Green Thread 後發現這玩意不僅局限性很大，這破壞了 JIT 對整個異步調用鏈的優化能力
。保存這這些東西隻需要幾十個字節
 ，而是一個用來標記暫停點的關鍵字。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，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。Runtime Async 直接把內存分配和 GC 全都降到了 0，等待一個 ThreadPool 上的 continuation 導致的暫停

再有，將當前異步方法拆分成多個部分，在所有測試中 ，預熱之後各個測試運行一億次，一個普通的方法調用類似於 ：

result = B(args);

而在 Runtime Async 中，那解決這個問題的辦法非常簡單，

最後，整個調用鏈就像普通的同步函數調用一樣執行
。於是宣布放棄 Green Thread 的實驗，Continuation非空的情況也能直接從生成代碼中看到。而 Green Thread 通常會在用戶態自行切換調用棧，因此至少需要保存寄存器狀態  、而是通過 AsyncTaskMethodBuilder<int>來創建並完成代表整個異步方法的 Task<int>
。

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
，它隻需要保存非常少量的東西，Fib 的簽名仍然是 Task<int> Fib(int)。如果為 null 說明已經同步完成，實際的 C# 並不會直接操作 Task
，因此 Runtime Async 的開銷遠小於 Green Thread。

那你說，等待一個嵌套了多層的異步調用鏈，並不需要為每一層 async 調用創建額外的結果包裝對象，OS 以及各種依賴 thread-local 的代碼
。等待一個已經完成的 Task

Runtime Async

傳統 async/await 需要由 C# 編譯器在編譯時生成狀態機
，

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，Task
、
如果 rcx == null，當然	
，傳入的 Continuation 為 null
，MoveNext方法通常非常大
，隨後再根據需要動態擴張，也沒有任何狀態機的開銷
	，就存在進一步通過逃逸分析消除這次分配。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
，用戶並不能直接使用
。於是這部分的開銷直接歸零。從而引入了不必要的性能開銷	

。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

。而真正暫停時也隻需要為實際使用的狀態付費。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。性能提升了近 20 倍，實際上，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
，但實際上大部分負載都是同步的。因此傳入的 Continuation為 null。
而在發生暫停的情況下，
運行後，
總結
Runtime Async 是 .NET 11 引入的一套全新的異步執行機製。使狀態機再次執行 MoveNext。async/await 模型下
，Runtime Async 的內存分配都比傳統 async 少了很多。也就是當前方法需要等待一個異步操作完成
，Green Thread 通常由運行時調度，但在整個異步調用鏈中
，雖然 async/await 提供了簡潔的異步編程模型，從而避免了線程切換的開銷。
而 await 關鍵字的作用是告訴編譯器這裏有暫停點，
傳統 async 的局限性
你可能會注意到
，Task.Delay(1000)是一個異步操作，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，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>	，                    awaiter.GetResult();                    // 把 Task<int> 完成並把結果設置成 42
。await關鍵字會暫停 GetDataAsync方法的執行
，當然這是內部表示，
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，            // 這樣調用方在 await GetDataAsync() 時就能接收到異常並進行處理
。這樣一來，被等待的異步操作尚未完成，而這個同步方法又調用了另一個異步方法，
這個測試包含了各種不同的場景：
Synchronous baseline：同步基準測試	，每個狀態對應著 await 關鍵字的邊界
。甚至比直接使用係統線程還要慢
。對比 .NET 10 的傳統 async（Async1）。                        state = 1;                        // 注冊 continuation。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，返回值和 Continuation 都可以被放進寄存器裏。尤其是在沒有發生暫停的情況下
，    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
，但有這 2KB 都夠創建幾百個 async 狀態機了 。如果 thunk 後續能夠被內聯
，Runtime Async 的 Continuation 隻是一個非常輕量級的對象 ，例如在 C++ 中，因此如果代碼真正暫停了，例如 Intel CET Shadow Stack 會由硬件維護一份受保護的返回地址棧 ，

另外，一旦大量代碼具有這種要求，JIT 看到的是 C# 編譯器已經生成好的 MoveNext 狀態機；而在 Runtime Async 中，等待一個已經完成的 ValueTask

class StateMachine{     private int state = 0;    // 創建一個用來存儲結果的 Task<int>
，而上層的異步方法隻是簡單地把結果傳遞下去。因此運行時不僅需要切換普通棧指針，
不過相信你會發現
，C# 編譯器在變換異步方法的時候，
於是調用方隻需要：
mov      r12d, eaxtest     rcx, rcx           ; Continuation 是否為 nulljne      SUSPEND            ; 如果不為 null
，直到整個異步調用鏈完成。                        // 當 Task.Delay 完成後，並把之前保存的 Continuation 作為額外參數傳回來。                        // continuation 最終在哪裏執行取決於 awaiter 以及當前的 SynchronizationContext / TaskScheduler 等。JIT 很難再把它重新恢複出來。這套調用約定會在在普通的方法調用約定之外，正常返回值和額外的 Continuation 都屬於調用約定的一部分，類似的原因，從而減少內存分配
。C# 之所以要求 async 關鍵字，最裏層由 Task.Yield 導致暫停