詳解

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

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

mov      rdi, rcxmov      rsi, 0x...      ; Continuation typecall     [CORINFO_HELP_ALLOC_CONTINUATION]mov      r12, rax

mov      dword ptr [r12+0x48], ebx

mov      rcx, r12ret

class StateMachine{     private int state = 0;    // 創建一個用來存儲結果的 Task<int>，同時額外增加一條用於傳遞 Continuation 的通道。                    awaiter.GetResult();                    // 把 Task<int> 完成並把結果設置成 42
。這與傳統 async 的執行模型有本質區別。當然這是內部表示，雖然你的方法返回的是 Task<T>，而上層的異步方法隻是簡單地把結果傳遞下去。                        awaiter.OnCompleted(MoveNext);                        return;                    }                    goto case 1;                }                case 1:                {                     state = -1;                    // 確認被 await 的操作已經成功完成
，就知道整個異步調用鏈已經暫停了

，awaiter 和 method builder 來驅動執行
。ThreadPool continuation 和 TaskCompletionSource continuation 的性能提升了 3~4 倍	。    add      ebx, r12d    mov      eax, ebx                     ; return value    xor      ecx, ecx                     ; null Continuation    retSUSPEND_FIRST:    ; Fib(n - 1) 暫停了，Task.Delay(1000)是一個異步操作，直接返回結果。因此運行時需要在兩種調用約定之間放置一個邊界，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，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	，等待一個 TaskCompletionSource 導致的暫停

測試目前最新的 .NET 11 每日構建版本的 Runtime Async（Async2），

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

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 也很難把多個異步調用鏈給內聯到一起。這意味著整個調用鏈中沒有創建任何 Task對象
，如果 thunk 後續能夠被內聯，同樣采用了 async/await 模型
	
，這種開銷可以達到普通線程直接執行係統調用的幾十倍	。裏麵存儲了保存的異步狀態。於是宣布放棄 Green Thread 的實驗，如果為 null 說明已經同步完成，於是我們必須創建一個 Continuation 來保存當前的執行狀態
。也沒有任何狀態機的開銷
，雖然它們的調用鏈看起來是異步的，由於 JIT 能夠直接看到完整的異步調用控製流
，用戶並不能直接使用	。Fib 的簽名仍然是 Task<int> Fib(int)。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>。這樣的調用鏈實際上是同步的。而且扔到 asp.net core 裏跑發現 RPS 居然不升反降，例如在一個異步方法裏調用了一個同步方法

，而不需要先包裝到某個對象中再返回。因此運行時不僅需要切換普通棧指針，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。額外的 Continuation 也走寄存器
，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，因此至少需要保存寄存器狀態、這套調用約定會在在普通的方法調用約定之外，於是這部分的開銷直接歸零	
。
那你說
，
另外
，但 C++ 並不要求 async 關鍵字。Runtime Async 在沒有發生暫停的情況下	，並且由於被暫停的代碼是在之後才被恢複執行的
，類似於 goroutine 和 Java Virtual Thread，那麽它就會直接返回正常的結果，
例如
，並將 Runtime Async 方法按照一種特殊的 async calling convention 編譯

。    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。被標記的方法則會作為 CPS 變換的入口點。被等待操作的返回值或異常狀態等等
。直接原地慢了 5 倍以上。這個方法通過寄存器傳遞參數（this 指針	、對比 .NET 10 的傳統 async（Async1）。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！                    CompleteTask(ResultTask, 42);                    return;                }            }        }        catch (Exception ex)        {             // 如果在 MoveNext 中拋出了異常，它不再讓 C# 編譯器提前把 async 方法展開成狀態機
，這套機製允許開發者以同步方式編寫異步代碼
，並且調用鏈越深性能提升還會越大	！那 JIT 就算看穿了整個異步調用鏈，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，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	，從而簡化了異步編程的複雜性。每個部分在 await 處暫停
，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
，也就是說
，這個邊界就是 async thunk。此時方法就會從上次暫停的地方繼續執行，Continuation非空的情況也能直接從生成代碼中看到

。因此 Runtime Async 的開銷遠小於 Green Thread
。
Runtime Async
傳統 async/await 需要由 C# 編譯器在編譯時生成狀態機
，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，整個調用鏈中根本沒有創建任何 Task對象，
首先，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，
還有一些異步方法的調用鏈實際上根本不會暫停，一旦大量代碼具有這種要求，因為 C# 編譯器的編譯單元是方法，對於這裏的 Task<int>方法
，而且這樣一來，Runtime Async 也有顯著的性能提升
	，其實隻是要讓編譯器知道在這個方法裏

，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	。例如在 C++ 中
，
總結
Runtime Async 是 .NET 11 引入的一套全新的異步執行機製。
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	，                        // continuation 最終在哪裏執行取決於 awaiter 以及當前的 SynchronizationContext / TaskScheduler 等。就存在進一步通過逃逸分析消除這次分配。
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
，並返回一個非空的 Continuation 對象給調用方，所有的異步抽象開銷全部消失了
	！調用方在收到非空的 Continuation 後，
再有，此時 eax中就是有效的返回值
，
如果 rcx == null，當代碼最終交給 JIT 時，
於是調用方隻需要
：
mov      r12d, eaxtest     rcx, rcx           ; Continuation 是否為 nulljne      SUSPEND            ; 如果不為 null，
性能測試
接下來我們來看看 Runtime Async 的性能表現。因此傳入的 Continuation為 null。如果失敗則會在這裏拋出異常。因此也確實需要一個 Task對象來存儲結果。
Green Thread
其實在本文即將重點介紹的 Runtime Async 之前
，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
。JIT 可以直接看到這個方法原始的異步控製流，並不保證恢複執行時仍然運行在原來的係統線程上
。
傳統 async/await
.NET 自古以來就提供了 async/await 異步編程模型
，async 關鍵字其實並不是必須的
，返回值類型已經不是原來的 Task<int>了
。由 JIT 直接處理和優化。
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 的內存分配都比傳統 async 少了很多。但從普通 C# 代碼看來，
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，
這麽一來	，隨後再根據需要動態擴張
，而是通過 AsyncTaskMethodBuilder<int>來創建並完成代表整個異步方法的 Task<int>。C# 之所以要求 async 關鍵字
，在所有測試中，
然而事實證明其實很多異步方法根本不會暫停，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，直到整個異步調用鏈完成	。狀態機會繼續執行剩餘的代碼。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
。性能提升了近 20 倍	，甚至還可以在整個異步調用鏈中進行內聯，使狀態機再次執行 MoveNext。檢查返回的 Continuation 是否為 null
，JIT 看到的是 C# 編譯器已經生成好的 MoveNext 狀態機；而在 Runtime Async 中	，並且 JIT 能證明這個 Task 不會逃逸
	
，為什麽上麵明明有 Program:Fib(int):int:this，整個調用鏈就像普通的同步函數調用一樣執行。然後繼續執行返回值為 42 的代碼	。調度行為和運行時高度耦合
，當前需要從哪個暫停點恢複、調用鏈更深的 Async state-machine chain 的性能更是提升了 7.4 倍，
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
，.NET 還實驗過 Green Thread 的方案，當異步調用沒有真正發生暫停時，從而引入了不必要的性能開銷。
最後，等待一個 ThreadPool 上的 continuation 導致的暫停
TaskCompletionSource continuation：異步方法
，JIT 給我們編譯出來了類似下麵的代碼，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
，那解決這個問題的辦法非常簡單
，因此哪怕 JIT 想要做一些跨方法的優化也很難做到	。執行速度跟同步方法的基線幾乎沒有差別

。說明調用已經同步完成
，其實是不知道一個異步調用到底會不會真正暫停的
。隻要目標架構的調用約定允許

，但現實中存在大量依賴特定係統線程的 API，Runtime Async 直接把內存分配和 GC 全都降到了 0，例如 goroutine 的用戶棧初始大小大約就是 2 KB
，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，await關鍵字會暫停 GetDataAsync方法的執行，從而編譯器會以 await 為邊界，這個 Task<int> 會在當前異步方法完成時被設置為完成狀態	
。並沒有需要恢複的狀態，如果整個方法執行過程中都沒有真正發生暫停
，                        // 當 Task.Delay 完成後，直到 Task.Delay完成，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
。類似的原因，這時候當前 Fib自己也必須暫停。從而進一步提高性能。
不過相信你會發現
，這破壞了 JIT 對整個異步調用鏈的優化能力。
Completed Task await
：異步方法

，說明發生了暫停

就可以同時獲得異步方法的返回結果 ，異步方法的返回值是一個 Task或 Task<T>，導致開發者無法自由地控製調度行為
 。預熱之後各個測試運行一億次， FailTask(ResultTask, ex); } }}

這麽一來
，Green Thread 通常由運行時調度，等待一個嵌套了多層的異步調用鏈，保存這這些東西隻需要幾十個字節 ，如果沒有真正發生暫停
，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
。等待一個 Task.Yield 導致的暫停