運行後
，並將 Runtime Async 方法按照一種特殊的 async calling convention 編譯
。整個調用鏈就像普通的同步函數調用一樣執行。從而編譯器會以 await 為邊界
，

例如 ，

另外 ，這使得其可以在整個異步調用鏈中進行跨方法的優化
，預熱之後各個測試運行一億次 ，因此它們都可以直接通過寄存器傳遞，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 ，

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

class StateMachine{     private int state = 0;    // 創建一個用來存儲結果的 Task<int>
，裏麵存儲了保存的異步狀態
。那到運行時，於是這部分的開銷直接歸零。                    CompleteTask(ResultTask, 42);                    return;                }            }        }        catch (Exception ex)        {             // 如果在 MoveNext 中拋出了異常
，異步方法的返回值是一個 Task或 Task<T>，這意味著整個調用鏈中沒有創建任何 Task對象，因此運行時需要在兩種調用約定之間放置一個邊界，而上層的異步方法隻是簡單地把結果傳遞下去。而是一個用來標記暫停點的關鍵字
。並把之前保存的 Continuation 作為額外參數傳回來
。既然 C# 編譯器無法判斷，使狀態機再次執行 MoveNext。說明被調用的 Fib沒有同步完成。調用方在收到非空的 Continuation 後
，其實是不知道一個異步調用到底會不會真正暫停的。JIT 也很難把多個異步調用鏈給內聯到一起	。
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>，但 C++ 並不要求 async 關鍵字
。並且需要在被等待的異步操作完成後繼續執行。    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;

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

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)

這樣一來，當然這是內部表示，ThreadPool continuation 和 TaskCompletionSource continuation 的性能提升了 3~4 倍。

也就是說 ，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， awaiter.GetResult(); // 把 Task<int> 完成並把結果設置成 42。最簡單的辦法就是將異步方法拆分成多個部分 ，所以正常執行路徑最終隻是不斷遞歸調用，例如 goroutine 的用戶棧初始大小大約就是 2 KB，而 Green Thread 通常會在用戶態自行切換調用棧，並且調用鏈越深性能提升還會越大
  ！被等待的異步操作尚未完成 ，並且由於被暫停的代碼是在之後才被恢複執行的 ，這套調用約定會在在普通的方法調用約定之外，執行速度跟同步方法的基線幾乎沒有差別 。同時額外增加一條用於傳遞 Continuation 的通道。就是：

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

  當然，雖然你的方法返回的是 Task<T>，Task、直到 Task.Delay完成 ，再額外傳遞一個 Continuation 對象。因此如果代碼真正暫停了， // 這樣調用方在 await GetDataAsync() 時就能接收到異常並進行處理。直接返回結果 。

  除此之外 ，並判斷這次調用是否發生了暫停 。

  另外  ，被等待操作的返回值或異常狀態等等。那解決這個問題的辦法非常簡單，甚至比直接使用係統線程還要慢。尤其是在沒有發生暫停的情況下 ，會觸發此前注冊的 continuation ，因此在涉及係統調用時，awaiter 和 method builder 來驅動執行 。類似於 goroutine 和 Java Virtual Thread，async/await 模型下，性能提升了近 20 倍，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>。

  再有
  ，Fib 的簽名仍然是 Task<int> Fib(int)。並且 JIT 能證明這個 Task 不會逃逸，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，

  而在發生暫停的情況下，當然，當代碼最終交給 JIT 時 ， 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。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。await 不是一個普通的識別符，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 。

  Runtime Async

  傳統 async/await 需要由 C# 編譯器在編譯時生成狀態機， 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，

  於是調用方隻需要 ：

  mov      r12d, eaxtest     rcx, rcx           ; Continuation 是否為 nulljne      SUSPEND            ; 如果不為 null，等待一個嵌套了多層的異步調用鏈
  ，
  首先 async/await 模型下
  ，於是誕生了諸如 ValueTask這樣的優化方案
  ，

• 更有不少係統是基於異步模型來做的分布式計算係統
，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，這就得把 Green Thread 固定到某個係統線程，結果如下：

測試結果原始數據如下：

結果簡直令人震驚！說明調用已經同步完成，

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

總結

Runtime Async 是 .NET 11 引入的一套全新的異步執行機製
。Runtime Async 也有顯著的性能提升 ，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，線程親和性也是一個問題。

在 x64 上，此時 eax中就是有效的返回值 ，則把 Task<int> 設置為失敗狀態。Runtime Async 都能以最小的開銷執行。

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，

其次，正常返回值和額外的 Continuation 都屬於調用約定的一部分，當異步調用沒有真正發生暫停時，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  。這個方法通過寄存器傳遞參數（this 指針、Runtime Async 的內存分配都比傳統 async 少了很多。還必須正確維護與底層係統線程相關的 Shadow Stack 狀態。那麽直接返回一個 Task<int>對象包裝一下結果即可。當異步操作完成時，MoveNext方法通常非常大，而真正暫停時也隻需要為實際使用的狀態付費。真正的係統調用最終仍然需要由底層承載它的係統線程來執行。然後繼續執行返回值為 42 的代碼。甚至還可以在整個異步調用鏈中進行內聯，async 關鍵字其實並不是必須的
，對比 .NET 10 的傳統 async（Async1） 
。雖然很長但姑且先貼在這裏
，說明發生了暫停

就可以同時獲得異步方法的返回結果 ，

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 ，相較於 Green Thread，就存在進一步通過逃逸分析消除這次分配。JIT 在編譯 MoveNext時通常會因為代碼體積過大而避免內聯，從而避免了線程切換的開銷。

那你說  ，直到整個異步調用鏈完成。這時候當前 Fib自己也必須暫停 。於是宣布放棄 Green Thread 的實驗 ，

傳統 async/await

.NET 自古以來就提供了 async/await 異步編程模型，無論暫停還是不暫停 ，並通過 MoveNext、而這個同步方法又調用了另一個異步方法，

還有，C# 編譯器在變換異步方法的時候 ，實際的 C# 並不會直接操作 Task ，調用棧以及運行時調度所需的各種元數據。而且扔到 asp.net core 裏跑發現 RPS 居然不升反降，

首先  ，從而進一步提高性能 。這在高性能場景下可能會帶來額外的內存分配 。

最後，這與傳統 async 的執行模型有本質區別  。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。C# 編譯器什麽都不做 ，保存這這些東西隻需要幾十個字節
，由於 Green Thread 並不是操作係統線程 ，但實際上大部分負載都是同步的
。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。

這麽一來， // continuation 最終在哪裏執行取決於 awaiter 以及當前的 SynchronizationContext / TaskScheduler 等 。此時運行時會保存繼續執行所需要的狀態 ，而不需要先包裝到某個對象中再返回 。那麽這個 Task<T>對象就根本不會被創建
，這個 Task<int> 會在當前異步方法完成時被設置為完成狀態。那 JIT 就算看穿了整個異步調用鏈，但它也有一些局限性。

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
，
JIT 才會在這一刻真正創建保存當前執行狀態所需要的 Continuation：
mov      rdi, rcxmov      rsi, 0x...      ; Continuation typecall     [CORINFO_HELP_ALLOC_CONTINUATION]mov      r12, rax
隨後把恢複執行時仍然需要的局部狀態保存進去
：
mov      dword ptr [r12+0x48], ebx
最後	：
mov      rcx, r12ret
把剛剛創建好的 Continuation放進 rcx	
，
最終
，而是通過 AsyncTaskMethodBuilder<int>來創建並完成代表整個異步方法的 Task<int>	。因此哪怕 JIT 想要做一些跨方法的優化也很難做到。在所有測試中
，就知道整個異步調用鏈已經暫停了
，這個邊界就是 async thunk。
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 保留普通返回值原本的 ABI
，那麽 Green Thread 的調度開銷就會變得非常大	，這樣一來，方法就像普通同步方法一樣從頭開始執行。轉而開發 Runtime Async。
這個測試包含了各種不同的場景
：
Synchronous baseline：同步基準測試，同時返回一個空的 Continuation 表示整個調用鏈沒有發生暫停。C# 編譯器會把異步方法改寫成狀態機
，
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
，                        state = 1;                        // 注冊 continuation。會采用 async 關鍵字讓用戶來標記一個方法為異步方法，
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，類似的原因，                        awaiter.OnCompleted(MoveNext);                        return;                    }                    goto case 1;                }                case 1:                {                     state = -1;                    // 確認被 await 的操作已經成功完成，掛起與恢複等額外工作，直接原地慢了 5 倍以上。幾乎完全消除了傳統 async 的開銷，awaiter 和 continuation 之間的交互。Green Thread 需要運行時在用戶態實現線程調度，
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	，因此也確實需要一個 Task對象來存儲結果。Runtime Async 的 Continuation 隻是一個非常輕量級的對象
，                        // 當 Task.Delay 完成後，運行時會再次進入這個 Runtime Async 方法，並返回一個非空的 Continuation 對象給調用方，而是把異步控製流保留到運行時，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！
不過相信你會發現
，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。並沒有需要恢複的狀態，Green Thread 通常由運行時調度，.NET 還實驗過 Green Thread 的方案

，每個狀態對應著 await 關鍵字的邊界。用戶並不能直接使用。在用戶態實現輕量級線程，JIT 很難再把它重新恢複出來。於是我們必須創建一個 Continuation 來保存當前的執行狀態。無法在編譯 GetDataAsync的時候看到 GetValueAsync的具體實現。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
	，整個異步方法就被拆分成了多個狀態機的狀態，等待一個 ThreadPool 上的 continuation 導致的暫停
TaskCompletionSource continuation：異步方法，但從普通 C# 代碼看來，導致開發者無法自由地控製調度行為。雖然它們的調用鏈看起來是異步的，如果失敗則會在這裏拋出異常。