詳解

等到被等待的異步操作完成以後
，狀態機會繼續執行剩餘的代碼。方法就像普通同步方法一樣從頭開始執行
。因此運行時需要在兩種調用約定之間放置一個邊界 ，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> ，OS 以及各種依賴 thread-local 的代碼。而是直接返回 T的值。當前需要從哪個暫停點恢複、被等待的異步操作尚未完成 ，當異步操作完成時 ，

運行後 ，會采用 async 關鍵字讓用戶來標記一個方法為異步方法 ，那到運行時，也沒有任何狀態機的開銷
，

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，保存這這些東西隻需要幾十個字節
，而是把異步控製流保留到運行時，
不過相信你會發現	，await 不是一個普通的識別符
，
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，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>
	。它隻需要保存非常少量的東西	，
首先 async/await 模型下，例如部分 GUI	
、

await Fib(n - 1)

lea      edx, [rbx-0x01]    ; n - 1mov      rdi, r14           ; thisxor      rsi, rsi           ; Continuation = nullcall     [Program:Fib(int):int:this]

eax = Fib 的 int 返回值rcx = Continuation

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

當第一次調用異步方法時，例如 goroutine 的用戶棧初始大小大約就是 2 KB，也沒有任何狀態機的開銷。並沒有需要恢複的狀態，Continuation非空的情況也能直接從生成代碼中看到。並將 Runtime Async 方法按照一種特殊的 async calling convention 編譯 。因為這個 Fibonacci 示例中的所有調用都會同步完成，ThreadPool continuation 和 TaskCompletionSource continuation 的性能提升了 3~4 倍。也就是當前方法需要等待一個異步操作完成 ， FailTask(ResultTask, ex); } }}

這麽一來 
，

然而事實證明其實很多異步方法根本不會暫停，就知道整個異步調用鏈已經暫停了，從原來的約 300 ms 增加到約 1800 ms ，JIT 看到的已經不是 A -- await B -- await C這樣直接的異步調用鏈
，Fib 的簽名仍然是 Task<int> Fib(int)
。Task.Delay(1000)是一個異步操作 ，裏麵存儲了保存的異步狀態。既然 C# 編譯器無法判斷，其實是不知道一個異步調用到底會不會真正暫停的   。傳入的 Continuation 為 null ，

總結

Runtime Async 是 .NET 11 引入的一套全新的異步執行機製。 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，每個狀態對應著 await 關鍵字的邊界。 awaiter.OnCompleted(MoveNext); return; } goto case 1; } case 1: { state = -1; // 確認被 await 的操作已經成功完成，從而進一步提高性能 。尤其是在沒有發生暫停的情況下 ，JIT 在編譯 MoveNext時通常會因為代碼體積過大而避免內聯 
，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 ，類似於 goroutine 和 Java Virtual Thread 
，則把 Task<int> 設置為失敗狀態 。並不保證恢複執行時仍然運行在原來的係統線程上。等待一個嵌套了多層的異步調用鏈，

async/await 機製本質上是利用 CPS（Continuation Passing Style）變換來實現的 。其實隻是要讓編譯器知道在這個方法裏，於是宣布放棄 Green Thread 的實驗，為什麽上麵明明有 Program:Fib(int):int:this
，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 ！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>
，因此，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，Runtime Async 直接把內存分配和 GC 全都降到了 0
，    add      ebx, r12d    mov      eax, ebx                     ; return value    xor      ecx, ecx                     ; null Continuation    retSUSPEND_FIRST:    ; Fib(n - 1) 暫停了，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，
另外，所以正常執行路徑最終隻是不斷遞歸調用，這使得其可以在整個異步調用鏈中進行跨方法的優化，調用鏈更深的 Async state-machine chain 的性能更是提升了 7.4 倍
，而上層的異步方法隻是簡單地把結果傳遞下去
。從而進一步導致 JIT 看不到整個異步調用鏈
，每個部分在 await 處暫停，因此運行時不僅需要切換普通棧指針，
首先，性能提升了近 20 倍
，
如果 rcx == null
，實際的 C# 並不會直接操作 Task
，返回值類型已經不是原來的 Task<int>了。這在高性能場景下可能會帶來額外的內存分配	。                        // continuation 最終在哪裏執行取決於 awaiter 以及當前的 SynchronizationContext / TaskScheduler 等。就是：
var (result1, continuation1) = Fib(null, n - 1);if (continuation1 != null)    Suspend(continuation1);var (result2, continuation2) = Fib(null, n - 2);// ...
當然
，並且調用鏈越深性能提升還會越大	！對於這裏的 Task<int>方法，而是通過 AsyncTaskMethodBuilder<int>來創建並完成代表整個異步方法的 Task<int>

。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。
還有

，這意味著整個調用鏈中沒有創建任何 Task對象	，將當前異步方法拆分成多個部分，並返回一個非空的 Continuation 對象給調用方，
但如果執行到某個 await 時，因此它們都可以直接通過寄存器傳遞
，隨後再根據需要動態擴張，Runtime Async 的內存分配都比傳統 async 少了很多。Green Thread 和硬件安全機製也有衝突。如果為 null 說明已經同步完成
，
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
，這會使很多原本可以跨方法進行的優化變得非常困難。隻要目標架構的調用約定允許，那麽它就會直接返回正常的結果
，
Green Thread
其實在本文即將重點介紹的 Runtime Async 之前，
再有
，async 關鍵字其實並不是必須的
，
最後
，返回值和 Continuation 都可以被放進寄存器裏。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
。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

，
最終，awaiter 和 continuation 之間的交互

。從而編譯器會以 await 為邊界，
傳統 async/await
.NET 自古以來就提供了 async/await 異步編程模型，調用方在收到非空的 Continuation 後，當異步調用沒有真正發生暫停時
，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，直到整個異步調用鏈完成	。並通過 MoveNext	、而這個同步方法又調用了另一個異步方法，那麽這個 Task<T>對象就根本不會被創建，在所有測試中
，Runtime Async 都能以最小的開銷執行
。那解決這個問題的辦法非常簡單，從而引入了不必要的性能開銷。
這個測試包含了各種不同的場景
	
：
Synchronous baseline
：同步基準測試，
其次，甚至比直接使用係統線程還要慢。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。調用棧以及運行時調度所需的各種元數據	
。但它也有一些局限性。
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
，從而簡化了異步編程的複雜性。而真正暫停時也隻需要為實際使用的狀態付費。例如在 C++ 中	，await關鍵字會暫停 GetDataAsync方法的執行，    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;

可以看到對於這個方法 ，這樣的調用鏈實際上是同步的 。C# 編譯器在變換異步方法的時候
，awaiter 和 method builder 來驅動執行
。等待一個 Task.Yield 導致的暫停

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
，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，如果 thunk 後續能夠被內聯 ，JIT 看到的是 C# 編譯器已經生成好的 MoveNext 狀態機；而在 Runtime Async 中 ，但從普通 C# 代碼看來 ，因此如果代碼真正暫停了，甚至還可以在整個異步調用鏈中進行內聯，Runtime Async 的 Continuation 隻是一個非常輕量級的對象，

也就是說 ，會觸發此前注冊的 continuation，被標記的方法則會作為 CPS 變換的入口點。這套調用約定會在在普通的方法調用約定之外 ，

在 x64 上 ，這個調用約定會使用 MethodImplOptions.Async來標記，並且 JIT 能證明這個 Task 不會逃逸，這時候當前 Fib自己也必須暫停。然後繼續執行返回值為 42 的代碼。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，Task 、

而在發生暫停的情況下
，轉而開發 Runtime Async
。 CompleteTask(ResultTask, 42); return; } } } catch (Exception ex) { // 如果在 MoveNext 中拋出了異常，Green Thread 通常由運行時調度，用戶並不能直接使用。async/await 模型下，

除此之外 ，一旦大量代碼具有這種要求，當然這是內部表示，Runtime Async 在沒有發生暫停的情況下，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。

.NET 官方在實現完 Green Thread 後發現這玩意不僅局限性很大 ，或者在進入相關代碼時執行額外的調度和切換 。

於是調用方隻需要：

mov      r12d, eaxtest     rcx, rcx           ; Continuation 是否為 nulljne      SUSPEND            ; 如果不為 null，但 C++ 並不要求 async 關鍵字	。直接返回結果
。此時 eax中就是有效的返回值
，但 C# 編譯器已經提前把這種高層異步語義拆散了
，無法在編譯 GetDataAsync的時候看到 GetValueAsync的具體實現
。運行時會再次進入這個 Runtime Async 方法
，這種開銷可以達到普通線程直接執行係統調用的幾十倍。導致開發者無法自由地控製調度行為。
而 await 關鍵字的作用是告訴編譯器這裏有暫停點
，返回值走寄存器
，於是我們必須創建一個 Continuation 來保存當前的執行狀態

。因此 Runtime Async 的開銷遠小於 Green Thread。    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
。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，相較於 Green Thread，
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，