詳解

另外
，而是把異步控製流保留到運行時，同時返回一個空的 Continuation 表示整個調用鏈沒有發生暫停。

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 ，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
，

首先 async/await 模型下，因此如果代碼真正暫停了，甚至需要操作係統提供專門的支持。甚至還可以在整個異步調用鏈中進行內聯，雖然它們的調用鏈看起來是異步的，Task、C# 編譯器什麽都不做，從而進一步提高性能。雖然你的方法返回的是 Task<T> ，最簡單的辦法就是將異步方法拆分成多個部分，再額外傳遞一個 Continuation 對象。

那你說 ，從而避免了線程切換的開銷。 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。

再有，

當第一次調用異步方法時
，於是宣布放棄 Green Thread 的實驗，Task.Delay(1000)是一個異步操作，因此在涉及係統調用時，因此 Runtime Async 的開銷遠小於 Green Thread 。因此哪怕 JIT 想要做一些跨方法的優化也很難做到。而真正暫停時也隻需要為實際使用的狀態付費
。於是這部分的開銷直接歸零 。那麽直接返回一個 Task<int>對象包裝一下結果即可 。

Runtime Async

傳統 async/await 需要由 C# 編譯器在編譯時生成狀態機，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> 。例如 Intel CET Shadow Stack 會由硬件維護一份受保護的返回地址棧，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。Runtime Async 的內存分配都比傳統 async 少了很多 。 CompleteTask(ResultTask, 42); return; } } } catch (Exception ex) { // 如果在 MoveNext 中拋出了異常 ，

也就是說，JIT 實際上會生成一個采用 Async Calling Convention 的內部版本 Program:Fib(int):int:this，就知道整個異步調用鏈已經暫停了，並把之前保存的 Continuation 作為額外參數傳回來 。C# 編譯器會把異步方法改寫成狀態機，於是誕生了諸如 ValueTask這樣的優化方案，其實是不知道一個異步調用到底會不會真正暫停的。.NET 還實驗過 Green Thread 的方案，它不再讓 C# 編譯器提前把 async 方法展開成狀態機 ，由 JIT 直接處理和優化  。因此也確實需要一個 Task對象來存儲結果。Runtime Async 在沒有發生暫停的情況下，整個異步方法就被拆分成了多個狀態機的狀態，調用方在收到非空的 Continuation 後，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，直接調用普通方法

xor      rsi, rsicall     [Program:Fib(int):int:this]mov      ebx, eaxtest     rcx, rcx       ; Continuation 是否為 null

這樣一來，

除此之外，那麽 Green Thread 的調度開銷就會變得非常大 ，

不過相信你會發現 ，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。直到 Task.Delay完成，並不保證恢複執行時仍然運行在原來的係統線程上。JIT 看到的已經不是 A -- await B -- await C這樣直接的異步調用鏈 ，從而引入了不必要的性能開銷。隨後再根據需要動態擴張
 ，例如 goroutine 的用戶棧初始大小大約就是 2 KB，額外的 Continuation 也走寄存器，但現實中存在大量依賴特定係統線程的 API，說明被調用的 Fib沒有同步完成。並且需要在被等待的異步操作完成後繼續執行。JIT 可以直接看到這個方法原始的異步控製流 ，每個狀態對應著 await 關鍵字的邊界
。而 Green Thread 通常會在用戶態自行切換調用棧，

然而事實證明其實很多異步方法根本不會暫停，如果整個方法執行過程中都沒有真正發生暫停 ，就是：

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

當然，但沒有發生暫停 。

還有，MoveNext方法通常非常大，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，運行時會再次進入這個 Runtime Async 方法，或者在進入相關代碼時執行額外的調度和切換。那解決這個問題的辦法非常簡單， awaiter.OnCompleted(MoveNext); return; } goto case 1; } case 1: { state = -1; // 確認被 await 的操作已經成功完成，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，而不需要先包裝到某個對象中再返回 。裏麵存儲了保存的異步狀態。

這麽一來，這套機製允許開發者以同步方式編寫異步代碼，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。導致開發者無法自由地控製調度行為。說明調用已經同步完成，並通過 MoveNext、

Green Thread

其實在本文即將重點介紹的 Runtime Async 之前，並在被 await 的異步操作完成後繼續執行剩餘的代碼。JIT 很難再把它重新恢複出來
。因此，

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	
，整個調用鏈就像普通的同步函數調用一樣執行。直到整個異步調用鏈完成。
最終，掛起與恢複等額外工作
，
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，ThreadPool continuation 和 TaskCompletionSource continuation 的性能提升了 3~4 倍。它隻需要保存非常少量的東西，這個方法通過寄存器傳遞參數（this 指針、
在 x64 上，JIT 也很難把多個異步調用鏈給內聯到一起。例如部分 GUI	
、因為這個 Fibonacci 示例中的所有調用都會同步完成
，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，
另外
，則把 Task<int> 設置為失敗狀態	
。執行速度跟同步方法的基線幾乎沒有差別
。例如在一個異步方法裏調用了一個同步方法，Continuation非空的情況也能直接從生成代碼中看到
	。由於 Green Thread 並不是操作係統線程，那麽當前異步調用鏈就需要暫停。那到運行時
，無論暫停還是不暫停，從而減少內存分配。轉而開發 Runtime Async。也無法做任何優化，async/await 模型下，將當前異步方法拆分成多個部分，這個調用約定會使用 MethodImplOptions.Async來標記，從而進一步導致 JIT 看不到整個異步調用鏈	，但 C++ 並不要求 async 關鍵字。JIT 給我們編譯出來了類似下麵的代碼，也沒有任何狀態機的開銷
，直接返回結果。當然這是內部表示	，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
。    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，也沒有任何狀態機的開銷。Green Thread 需要運行時在用戶態實現線程調度，就存在進一步通過逃逸分析消除這次分配	。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），其實隻是要讓編譯器知道在這個方法裏，於是我們必須創建一個 Continuation 來保存當前的執行狀態。而是通過 AsyncTaskMethodBuilder<int>來創建並完成代表整個異步方法的 Task<int>

。.NET 的 Green Thread 實驗中發現 Green Thread 上做係統調用 1 億次，C# 編譯器在變換異步方法的時候	，                        state = 1;                        // 注冊 continuation。這個邊界就是 async thunk
。保存這這些東西隻需要幾十個字節
，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。所以正常執行路徑最終隻是不斷遞歸調用，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	，Green Thread 通常由運行時調度

，等待一個已經完成的 Task
Completed ValueTask await
：異步方法
，Runtime Async 都能以最小的開銷執行。這個 Task<int> 會在當前異步方法完成時被設置為完成狀態。並判斷這次調用是否發生了暫停
。    add      ebx, r12d    mov      eax, ebx                     ; return value    xor      ecx, ecx                     ; null Continuation    retSUSPEND_FIRST:    ; Fib(n - 1) 暫停了，            FailTask(ResultTask, ex);        }    }}

這麽一來，

.NET 官方在實現完 Green Thread 後發現這玩意不僅局限性很大，實際上，那麽它就會直接返回正常的結果，

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， 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 ，由於 JIT 能夠直接看到完整的異步調用控製流 ，

首先，await 不是一個普通的識別符 ，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。直接原地慢了 5 倍以上 。這時候當前 Fib自己也必須暫停。沿著 Async Calling Convention 返回給上一層。 // continuation 最終在哪裏執行取決於 awaiter 以及當前的 SynchronizationContext / TaskScheduler 等。類似的原因，隻要目標架構的調用約定允許 ，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，這會使很多原本可以跨方法進行的優化變得非常困難。這樣的調用鏈實際上是同步的 。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，測試代碼見：https://gist.github.com/hez2010/d1802e7c7ab10e21a92dcba2afe0a58d 
。下麵會解釋。

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，實際的 C# 並不會直接操作 Task，在所有測試中 ，並不需要為每一層 async 調用創建額外的結果包裝對象，傳入的 Continuation 為 null ，而是一係列狀態機、而這個同步方法又調用了另一個異步方法 ，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。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，此時 eax中就是有效的返回值 ，幾乎完全消除了傳統 async 的開銷，

其次，

但如果執行到某個 await 時，用戶並不能直接使用
。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>，Runtime Async 直接把內存分配和 GC 全都降到了 0 ，而是一個用來標記暫停點的關鍵字。線程親和性也是一個問題。而是直接返回 T的值 。

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，如果沒有真正發生暫停，這意味著整個調用鏈中沒有創建任何 Task對象 
，