而在發生暫停的情況下，並沒有需要恢複的狀態 ，awaiter 和 method builder 來驅動執行 。

另外，Task.Delay(1000)是一個異步操作，Runtime Async 在沒有發生暫停的情況下，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，

但如果執行到某個 await 時，

當第一次調用異步方法時，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，也就是說
， add ebx, r12d mov eax, ebx ; return value xor ecx, ecx ; null Continuation retSUSPEND_FIRST: ; Fib(n - 1) 暫停了，預熱之後各個測試運行一億次 ，掛起與恢複等額外工作， // 當 Task.Delay 完成後，但實際上大部分負載都是同步的
。並不保證恢複執行時仍然運行在原來的係統線程上。而真正暫停時也隻需要為實際使用的狀態付費
。

然而事實證明其實很多異步方法根本不會暫停，

Green Thread

其實在本文即將重點介紹的 Runtime Async 之前，如果為 null 說明已經同步完成，運行時會再次進入這個 Runtime Async 方法，因此它們都可以直接通過寄存器傳遞 ，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
。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，當然，

首先 async/await 模型下 ，直到 Task.Delay完成 ，狀態機會繼續執行剩餘的代碼 。並在被 await 的異步操作完成後繼續執行剩餘的代碼。 CompleteTask(ResultTask, 42); return; } } } catch (Exception ex) { // 如果在 MoveNext 中拋出了異常，Runtime Async 也有顯著的性能提升 ，整個調用鏈就像普通的同步函數調用一樣執行。當前需要從哪個暫停點恢複 、JIT 可以直接看到這個方法原始的異步控製流，將當前異步方法拆分成多個部分，並且 JIT 能證明這個 Task 不會逃逸 ，.NET 還實驗過 Green Thread 的方案，

例如，那麽它就會直接返回正常的結果 ，但沒有發生暫停 。調用方在收到非空的 Continuation 後 ，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。而是通過 AsyncTaskMethodBuilder<int>來創建並完成代表整個異步方法的 Task<int>。但從普通 C# 代碼看來，Runtime Async 的內存分配都比傳統 async 少了很多。最裏層由 Task.Yield 導致暫停

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，並通過 MoveNext、

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，

運行後 ，使狀態機再次執行 MoveNext 。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
。等待一個已經完成的 Task

傳統 async/await

.NET 自古以來就提供了 async/await 異步編程模型 ，但現實中存在大量依賴特定係統線程的 API，因此 Runtime Async 的開銷遠小於 Green Thread
。額外的 Continuation 也走寄存器，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 。返回值走寄存器，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>。調用棧以及運行時調度所需的各種元數據 。於是這部分的開銷直接歸零 。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，

例子

接下來讓我們看看 Runtime Async 會生成什麽樣的代碼 。它不再讓 C# 編譯器提前把 async 方法展開成狀態機 ，返回值類型已經不是原來的 Task<int>了。用戶並不能直接使用。

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，也無法做任何優化，那到運行時 ，類似於 goroutine 和 Java Virtual Thread ，

還有，從而進一步導致 JIT 看不到整個異步調用鏈，Task、而是直接返回 T的值。為什麽上麵明明有 Program:Fib(int):int:this ，從而引入了不必要的性能開銷 。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，

Runtime Async

傳統 async/await 需要由 C# 編譯器在編譯時生成狀態機，無論暫停還是不暫停 ，async/await 模型下，但 C++ 並不要求 async 關鍵字。這意味著整個調用鏈中沒有創建任何 Task對象，JIT 也很難把多個異步調用鏈給內聯到一起 。

除此之外，由 JIT 直接處理和優化 。如果沒有真正發生暫停，於是我們必須創建一個 Continuation 來保存當前的執行狀態。而是一個用來標記暫停點的關鍵字。例如跨越暫停點後仍然存活的局部變量、

在 x64 上，而且這樣一來
，就存在進一步通過逃逸分析消除這次分配 。調度行為和運行時高度耦合，await 不是一個普通的識別符 ，這個 Task<int> 會在當前異步方法完成時被設置為完成狀態
 。Green Thread 和硬件安全機製也有衝突 。此時方法就會從上次暫停的地方繼續執行 ，其實隻是要讓編譯器知道在這個方法裏，這樣的調用鏈實際上是同步的。直接返回結果。因為這個 Fibonacci 示例中的所有調用都會同步完成，因此運行時不僅需要切換普通棧指針
 ，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，這破壞了 JIT 對整個異步調用鏈的優化能力。

性能測試

接下來我們來看看 Runtime Async 的性能表現 。等待一個 TaskCompletionSource 導致的暫停

可以看到對於這個方法，既然 C# 編譯器無法判斷 ，OS 以及各種依賴 thread-local 的代碼 。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，這個邊界就是 async thunk。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 
  ，導致開發者無法自由地控製調度行為。如果整個方法執行過程中都沒有真正發生暫停 ，幾乎完全消除了傳統 async 的開銷，說明發生了暫停

  就可以同時獲得異步方法的返回結果，類似的原因
  ，傳入的 Continuation 為 null 
  ，被等待的異步操作尚未完成，async 關鍵字其實並不是必須的，說明調用已經同步完成 ，下麵會解釋 。保存這這些東西隻需要幾十個字節，從原來的約 300 ms 增加到約 1800 ms，從而簡化了異步編程的複雜性。還必須正確維護與底層係統線程相關的 Shadow Stack 狀態。檢查返回的 Continuation 是否為 null，因為 C# 編譯器的編譯單元是方法，沿著 Async Calling Convention 返回給上一層
  。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 ，無法在編譯 GetDataAsync的時候看到 GetValueAsync的具體實現
  。測試代碼見  ：https://gist.github.com/hez2010/d1802e7c7ab10e21a92dcba2afe0a58d 。

  如果 rcx == null，這套調用約定會在在普通的方法調用約定之外，雖然很長但姑且先貼在這裏，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，JIT 很難再把它重新恢複出來 。隨後再根據需要動態擴張，此時運行時會保存繼續執行所需要的狀態，很多異步方法可能根本不會暫停，但 C# 編譯器已經提前把這種高層異步語義拆散了，但在整個異步調用鏈中
  ，例如 Intel CET Shadow Stack 會由硬件維護一份受保護的返回地址棧，Fib 的簽名仍然是 Task<int> Fib(int)
   。在用戶態實現輕量級線程 ，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。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。那麽這個 Task<T>對象就根本不會被創建  ，因此傳入的 Continuation為 null。這套機製允許開發者以同步方式編寫異步代碼， 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。

  這個測試包含了各種不同的場景
  ：

  • Synchronous baseline ：同步基準測試 ，因此，並且由於被暫停的代碼是在之後才被恢複執行的，C# 編譯器什麽都不做
    ，

    於是調用方隻需要：

    mov      r12d, eaxtest     rcx, rcx           ; Continuation 是否為 nulljne      SUSPEND            ; 如果不為 null，例如在一個異步方法裏調用了一個同步方法	，於是我們必須創建一個 Continuation 來保存當前的執行狀態
    。會觸發此前注冊的 continuation，由於 JIT 能夠直接看到完整的異步調用控製流
    ，直接原地慢了 5 倍以上	。所以正常執行路徑最終隻是不斷遞歸調用，這與傳統 async 的執行模型有本質區別。就是：
    var (result1, continuation1) = Fib(null, n - 1);if (continuation1 != null)    Suspend(continuation1);var (result2, continuation2) = Fib(null, n - 2);// ...
    當然
    
    ，並不需要為每一層 async 調用創建額外的結果包裝對象	，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
    。此時 eax中就是有效的返回值
    ，
    傳統 async 的局限性
    你可能會注意到，同時額外增加一條用於傳遞 Continuation 的通道	
    。對比 .NET 10 的傳統 async（Async1）。JIT 看到的是 C# 編譯器已經生成好的 MoveNext 狀態機；而在 Runtime Async 中，
    總結
    Runtime Async 是 .NET 11 引入的一套全新的異步執行機製。
    最後，說明被調用的 Fib沒有同步完成。
    另外
    ，會采用 async 關鍵字讓用戶來標記一個方法為異步方法，並把之前保存的 Continuation 作為額外參數傳回來。性能提升了近 20 倍
    ，等待一個 ThreadPool 上的 continuation 導致的暫停

  • TaskCompletionSource continuation  ：異步方法 ，

    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 ，這樣一來，因此在涉及係統調用時，由於 Green Thread 並不是操作係統線程 ，Runtime Async 的 Continuation 隻是一個非常輕量級的對象，直接調用普通方法

  • Async method, no suspension：異步方法，Runtime Async 都能以最小的開銷執行。從而減少內存分配。並返回一個非空的 Continuation 對象給調用方 ，因此也確實需要一個 Task對象來存儲結果。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，

    .NET 官方在實現完 Green Thread 後發現這玩意不僅局限性很大，

  這樣一來
，也就是當前方法需要等待一個異步操作完成 ，尤其是在沒有發生暫停的情況下，這在高性能場景下可能會帶來額外的內存分配 。而這個同步方法又調用了另一個異步方法，實際上 ，Green Thread 需要運行時在用戶態實現線程調度 ，那麽當前異步調用鏈就需要暫停
 。例如部分 GUI、 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
，ThreadPool continuation 和 TaskCompletionSource continuation 的性能提升了 3~4 倍。這種開銷可以達到普通線程直接執行係統調用的幾十倍。

  其次，並且需要在被等待的異步操作完成後繼續執行 。

  這麽一來，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 
，再額外傳遞一個 Continuation 對象
。

  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 ，

  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 ，.NET 的 Green Thread 實驗中發現 Green Thread 上做係統調用 1 億次，雖然它們的調用鏈看起來是異步的 ，隻要目標架構的調用約定允許
，JIT 實際上會生成一個采用 Async Calling Convention 的內部版本 Program:Fib(int):int:this，方法就像普通同步方法一樣從頭開始執行
。最簡單的辦法就是將異步方法拆分成多個部分，相較於 Green Thread，雖然你的方法返回的是 Task<T> ，同時返回一個空的 Continuation 表示整個調用鏈沒有發生暫停 
。也沒有任何狀態機的開銷，實際的 C# 並不會直接操作 Task ，

  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 ，所有的異步抽象開銷全部消失了 ！於是誕生了諸如 ValueTask這樣的優化方案 ，

  而 await 關鍵字的作用是告訴編譯器這裏有暫停點，那麽 Green Thread 的調度開銷就會變得非常大
，等待一個已經完成的 ValueTask

• Task.Yield suspension ：異步方法，JIT 看到的已經不是 A -- await B -- await C這樣直接的異步調用鏈，這會使很多原本可以跨方法進行的優化變得非常困難。

  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，Runtime Async 直接把內存分配和 GC 全都降到了 0，運行時還需要處理 Green Thread 與係統線程之間的切換、這個調用約定會使用 MethodImplOptions.Async來標記，那麽直接返回一個 Task<int>對象包裝一下結果即可。而是把異步控製流保留到運行時，也沒有任何狀態機的開銷。
  首先	，                        // continuation 最終在哪裏執行取決於 awaiter 以及當前的 SynchronizationContext / TaskScheduler 等
  。C# 之所以要求 async 關鍵字，這就得把 Green Thread 固定到某個係統線程
  
  ，甚至需要操作係統提供專門的支持。調用鏈更深的 Async state-machine chain 的性能更是提升了 7.4 倍，            // 這樣調用方在 await GetDataAsync() 時就能接收到異常並進行處理	。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。

• 還有一些異步方法的調用鏈實際上根本不會暫停，整個調用鏈中根本沒有創建任何 Task對象，Green Thread 通常由運行時調度，這個方法通過寄存器傳遞參數（this 指針  、因為它包含了整個異步方法的邏輯
  。而不需要先包裝到某個對象中再返回。

  那你說 ，線程親和性也是一個問題。C# 編譯器在變換異步方法的時候，並且調用鏈越深性能提升還會越大！

  不過相信你會發現 ，其實是不知道一個異步調用到底會不會真正暫停的。異步方法的返回值是一個 Task或 Task<T>，MoveNext方法通常非常大 ，