等到被等待的異步操作完成以後
，但 C# 編譯器已經提前把這種高層異步語義拆散了，從而避免了線程切換的開銷。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。並且需要在被等待的異步操作完成後繼續執行
。下麵會解釋 。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，並返回一個非空的 Continuation 對象給調用方
，

在 x64 上，但有這 2KB 都夠創建幾百個 async 狀態機了
。甚至比直接使用係統線程還要慢 。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！也沒有任何狀態機的開銷。當異步調用沒有真正發生暫停時
 ，這套調用約定會在在普通的方法調用約定之外，這樣一來 ，await關鍵字會暫停 GetDataAsync方法的執行，從而編譯器會以 await 為邊界， 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 。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），這破壞了 JIT 對整個異步調用鏈的優化能力
。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，因為它包含了整個異步方法的邏輯。這在高性能場景下可能會帶來額外的內存分配 。而上層的異步方法隻是簡單地把結果傳遞下去。等待異步操作完成後繼續執行：

class StateMachine{     private int state = 0;    // 創建一個用來存儲結果的 Task<int>

，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
。
首先 async/await 模型下，無論暫停還是不暫停，會采用 async 關鍵字讓用戶來標記一個方法為異步方法，但它也有一些局限性。於是我們必須創建一個 Continuation 來保存當前的執行狀態。因為這個 Fibonacci 示例中的所有調用都會同步完成，也沒有任何狀態機的開銷，await 不是一個普通的識別符	，JIT 看到的已經不是 A -- await B -- await C這樣直接的異步調用鏈	，那麽 Green Thread 的調度開銷就會變得非常大，如果整個方法執行過程中都沒有真正發生暫停，每個狀態對應著 await 關鍵字的邊界。此時 eax中就是有效的返回值，
最終，從而引入了不必要的性能開銷。導致開發者無法自由地控製調度行為
	。JIT 給我們編譯出來了類似下麵的代碼	，
這樣一來	，                        // continuation 最終在哪裏執行取決於 awaiter 以及當前的 SynchronizationContext / TaskScheduler 等。
運行後，此時運行時會保存繼續執行所需要的狀態
，
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
，
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，運行時會再次進入這個 Runtime Async 方法，同樣采用了 async/await 模型，
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，Runtime Async 直接把內存分配和 GC 全都降到了 0，
例子
接下來讓我們看看 Runtime Async 會生成什麽樣的代碼。被標記的方法則會作為 CPS 變換的入口點。一個普通的方法調用類似於	
：
result = B(args);
而在 Runtime Async 中，性能提升了近 20 倍	，
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，                    awaiter.GetResult();                    // 把 Task<int> 完成並把結果設置成 42。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。說明發生了暫停
就可以同時獲得異步方法的返回結果，
還有一些異步方法的調用鏈實際上根本不會暫停，而是一係列狀態機、Runtime Async 保留普通返回值原本的 ABI，而不需要先包裝到某個對象中再返回	。說明調用已經同步完成
，檢查返回的 Continuation 是否為 null，並沒有需要恢複的狀態
，沿著 Async Calling Convention 返回給上一層	。JIT 可以直接看到這個方法原始的異步控製流
，
這麽一來	，調用方在收到非空的 Continuation 後，async/await 模型下，或者在進入相關代碼時執行額外的調度和切換

	。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
，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，
性能測試
接下來我們來看看 Runtime Async 的性能表現。同時返回一個空的 Continuation 表示整個調用鏈沒有發生暫停	。
這個測試包含了各種不同的場景：
Synchronous baseline：同步基準測試	，因此它們都可以直接通過寄存器傳遞，而這個同步方法又調用了另一個異步方法，正常返回值和額外的 Continuation 都屬於調用約定的一部分，它不再讓 C# 編譯器提前把 async 方法展開成狀態機
，這個 Task<int> 會在當前異步方法完成時被設置為完成狀態
。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！
於是調用方隻需要：
mov      r12d, eaxtest     rcx, rcx           ; Continuation 是否為 nulljne      SUSPEND            ; 如果不為 null，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
。於是這部分的開銷直接歸零
。
總結
Runtime Async 是 .NET 11 引入的一套全新的異步執行機製。這與傳統 async 的執行模型有本質區別。例如 Intel CET Shadow Stack 會由硬件維護一份受保護的返回地址棧
，但 C++ 並不要求 async 關鍵字
。
其次，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	
，那麽當前異步調用鏈就需要暫停。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。
但如果執行到某個 await 時，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
，對於這裏的 Task<int>方法	，由於 Green Thread 並不是操作係統線程，如果為 null 說明已經同步完成，這樣的調用鏈實際上是同步的。這個調用約定會使用 MethodImplOptions.Async來標記，.NET 的 Green Thread 實驗中發現 Green Thread 上做係統調用 1 億次，這意味著整個調用鏈中沒有創建任何 Task對象，OS 以及各種依賴 thread-local 的代碼	。
而在發生暫停的情況下，並且 JIT 能證明這個 Task 不會逃逸，C# 之所以要求 async 關鍵字，而真正暫停時也隻需要為實際使用的狀態付費。直接返回結果
。也無法做任何優化
，因此運行時不僅需要切換普通棧指針，Fib 的簽名仍然是 Task<int> Fib(int)
。當然	，因此傳入的 Continuation為 null
。狀態機會繼續執行剩餘的代碼。
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，C# 編譯器會把異步方法改寫成狀態機，
async/await 機製本質上是利用 CPS（Continuation Passing Style）變換來實現的。JIT 實際上會生成一個采用 Async Calling Convention 的內部版本 Program:Fib(int):int:this，
還有

，同時額外增加一條用於傳遞 Continuation 的通道。所有的異步抽象開銷全部消失了！線程親和性也是一個問題。
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

，
首先，此時方法就會從上次暫停的地方繼續執行，將當前異步方法拆分成多個部分，async 關鍵字其實並不是必須的
，無法在編譯 GetDataAsync的時候看到 GetValueAsync的具體實現。並且調用鏈越深性能提升還會越大！
然而事實證明其實很多異步方法根本不會暫停，雖然 async/await 提供了簡潔的異步編程模型，
如果 rcx == null，C# 編譯器什麽都不做，
傳統 async 的局限性
你可能會注意到
，而 Green Thread 通常會在用戶態自行切換調用棧，實際上
，對比 .NET 10 的傳統 async（Async1）
。返回值和 Continuation 都可以被放進寄存器裏。
當第一次調用異步方法時
	，也就是說
，而是一個用來標記暫停點的關鍵字。Runtime Async 在沒有發生暫停的情況下
	，這就得把 Green Thread 固定到某個係統線程，相較於 Green Thread
，被等待操作的返回值或異常狀態等等
。類似於 goroutine 和 Java Virtual Thread，為什麽上麵明明有 Program:Fib(int):int:this，從而減少內存分配
。還必須正確維護與底層係統線程相關的 Shadow Stack 狀態
。
Completed Task await
：異步方法	，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>
。
而且這樣一來，隻要目標架構的調用約定允許
，
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	，Runtime Async 的內存分配都比傳統 async 少了很多

。那到運行時，那麽直接返回一個 Task<int>對象包裝一下結果即可
。
例如，而是通過 AsyncTaskMethodBuilder<int>來創建並完成代表整個異步方法的 Task<int>
。
除此之外
，
另外
，於是誕生了諸如 ValueTask這樣的優化方案，它隻需要保存非常少量的東西，因此在涉及係統調用時，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
，使狀態機再次執行 MoveNext。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，
那你說，雖然它們的調用鏈看起來是異步的，甚至需要操作係統提供專門的支持。預熱之後各個測試運行一億次


，            // 這樣調用方在 await GetDataAsync() 時就能接收到異常並進行處理。Runtime Async 都能以最小的開銷執行
	。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	
。在所有測試中，直接調用普通方法
Async method, no suspension：異步方法	，
Runtime Async
傳統 async/await 需要由 C# 編譯器在編譯時生成狀態機，那麽這個 Task<T>對象就根本不會被創建
，
Green Thread
其實在本文即將重點介紹的 Runtime Async 之前，這套機製允許開發者以同步方式編寫異步代碼	，測試代碼見：https://gist.github.com/hez2010/d1802e7c7ab10e21a92dcba2afe0a58d 。例如部分 GUI
、但實際上大部分負載都是同步的。就知道整個異步調用鏈已經暫停了
，            FailTask(ResultTask, ex);        }    }}

這麽一來 ，

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 ，JIT 很難再把它重新恢複出來
。一旦大量代碼具有這種要求 ，並把之前保存的 Continuation 作為額外參數傳回來
。Continuation非空的情況也能直接從生成代碼中看到。裏麵存儲了保存的異步狀態。整個調用鏈中根本沒有創建任何 Task對象，awaiter 和 continuation 之間的交互 。就存在進一步通過逃逸分析消除這次分配 。說明被調用的 Fib沒有同步完成。幾乎完全消除了傳統 async 的開銷
，方法就像普通同步方法一樣從頭開始執行 。因為 C# 編譯器的編譯單元是方法 ，

不過相信你會發現 ，例如 goroutine 的用戶棧初始大小大約就是 2 KB ，在用戶態實現輕量級線程 ，這個方法通過寄存器傳遞參數（this 指針
、這時候當前 Fib自己也必須暫停。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，因此如果代碼真正暫停了，保存這這些東西隻需要幾十個字節，等待一個嵌套了多層的異步調用鏈，額外的 Continuation 也走寄存器，然後繼續執行返回值為 42 的代碼 。等待一個 Task.Yield 導致的暫停

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

public Task<int> GetDataAsync(){     var stateMachine = new StateMachine();    stateMachine.MoveNext();    return stateMachine.ResultTask;}

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

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

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

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

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