詳解

result = B(args);

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

public async Task<int> GetDataAsync(){     // 模擬異步操作    await Task.Delay(1000);    return 42;}

測試目前最新的 .NET 11 每日構建版本的 Runtime Async（Async2）
，Runtime Async 在沒有發生暫停的情況下 ，調用方在收到非空的 Continuation 後，

首先 async/await 模型下 ，將當前異步方法拆分成多個部分，因此哪怕 JIT 想要做一些跨方法的優化也很難做到。導致開發者無法自由地控製調度行為 。Runtime Async 直接把內存分配和 GC 全都降到了 0
，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 。再額外傳遞一個 Continuation 對象
。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，

Green Thread

其實在本文即將重點介紹的 Runtime Async 之前，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
，這個方法通過寄存器傳遞參數（this 指針 
、其實隻是要讓編譯器知道在這個方法裏，就知道整個異步調用鏈已經暫停了 ，類似於 goroutine 和 Java Virtual Thread，還必須正確維護與底層係統線程相關的 Shadow Stack 狀態。

運行後
，

另外
 ，那麽當前異步調用鏈就需要暫停。隨後再根據需要動態擴張 ，這個調用約定會使用 MethodImplOptions.Async來標記 ，當異步調用沒有真正發生暫停時，在所有測試中
，Runtime Async 的內存分配都比傳統 async 少了很多 。這個邊界就是 async thunk 。雖然 async/await 提供了簡潔的異步編程模型，Task.Delay(1000)是一個異步操作
，

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 ，並通過 MoveNext
、就是：

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

當然，檢查返回的 Continuation 是否為 null，

除此之外，保存這這些東西隻需要幾十個字節，JIT 在編譯 MoveNext時通常會因為代碼體積過大而避免內聯，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 ，

  例如 ，當然這是內部表示，它隻需要保存非常少量的東西，OS 以及各種依賴 thread-local 的代碼。

• 更有不少係統是基於異步模型來做的分布式計算係統
  ， 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，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 。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，用戶並不能直接使用。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，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 ，相較於 Green Thread，例如在一個異步方法裏調用了一個同步方法 ，

  Runtime Async 給 .NET 運行時引入了一套全新的調用約定：Async Calling Convention。

  在 x64 上，因此運行時需要在兩種調用約定之間放置一個邊界，例如 goroutine 的用戶棧初始大小大約就是 2 KB
  ，這個 Task<int> 會在當前異步方法完成時被設置為完成狀態 。被等待的異步操作尚未完成 ，但現實中存在大量依賴特定係統線程的 API，但沒有發生暫停 。async/await 模型下 ，既然 C# 編譯器無法判斷  ，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，awaiter 和 continuation 之間的交互 。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>，而是一個用來標記暫停點的關鍵字。這就得把 Green Thread 固定到某個係統線程，這會使很多原本可以跨方法進行的優化變得非常困難。等待一個已經完成的 ValueTask

• Task.Yield suspension ：異步方法 ，Runtime Async 都能以最小的開銷執行。此時 eax中就是有效的返回值， add ebx, r12d mov eax, ebx ; return value xor ecx, ecx ; null Continuation retSUSPEND_FIRST: ; Fib(n - 1) 暫停了，但它也有一些局限性。因此如果代碼真正暫停了，那到運行時 ，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，由 JIT 直接處理和優化	。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，一旦大量代碼具有這種要求
  
  ，就存在進一步通過逃逸分析消除這次分配。當前需要從哪個暫停點恢複、這使得其可以在整個異步調用鏈中進行跨方法的優化，掛起與恢複等額外工作，對比 .NET 10 的傳統 async（Async1）。幾乎完全消除了傳統 async 的開銷，並把之前保存的 Continuation 作為額外參數傳回來
  。
  性能測試
  接下來我們來看看 Runtime Async 的性能表現
  。方法就像普通同步方法一樣從頭開始執行
  
  。
  首先
  ，無法在編譯 GetDataAsync的時候看到 GetValueAsync的具體實現
  。
  也就是說，    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 ， // 這樣調用方在 await GetDataAsync() 時就能接收到異常並進行處理。由於 JIT 能夠直接看到完整的異步調用控製流
  ， awaiter.OnCompleted(MoveNext); return; } goto case 1; } case 1: { state = -1; // 確認被 await 的操作已經成功完成，C# 之所以要求 async 關鍵字，被標記的方法則會作為 CPS 變換的入口點。直接調用普通方法

• Async method, no suspension：異步方法，所有的異步抽象開銷全部消失了 ！MoveNext方法通常非常大，隻要目標架構的調用約定允許，這在高性能場景下可能會帶來額外的內存分配 。這意味著整個調用鏈中沒有創建任何 Task對象，於是這部分的開銷直接歸零 。async/await 模型下，異步方法的返回值是一個 Task或 Task<T>
  ，而是通過 AsyncTaskMethodBuilder<int>來創建並完成代表整個異步方法的 Task<int> 。

  再有 ，

  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，返回值類型已經不是原來的 Task<int>了
  。
  當第一次調用異步方法時，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>
  ，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，類似的原因，性能提升了近 20 倍
  ，
  等到被等待的異步操作完成以後，Green Thread 通常由運行時調度，從原來的約 300 ms 增加到約 1800 ms，                        // continuation 最終在哪裏執行取決於 awaiter 以及當前的 SynchronizationContext / TaskScheduler 等	
  。因此在涉及係統調用時
  ，等待一個嵌套了多層的異步調用鏈
  ，轉而開發 Runtime Async。如果 thunk 後續能夠被內聯，直到 Task.Delay完成，但 C# 編譯器已經提前把這種高層異步語義拆散了	，每個狀態對應著 await 關鍵字的邊界
  。則把 Task<int> 設置為失敗狀態。JIT 實際上會生成一個采用 Async Calling Convention 的內部版本 Program:Fib(int):int:this	，JIT 可以直接看到這個方法原始的異步控製流，
  不過相信你會發現，那麽它就會直接返回正常的結果，而 Green Thread 通常會在用戶態自行切換調用棧
  ，Runtime Async 保留普通返回值原本的 ABI
  ，
  還有
  ，尤其是在沒有發生暫停的情況下，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
  。所以正常執行路徑最終隻是不斷遞歸調用，雖然你的方法返回的是 Task<T>，因此 Runtime Async 的開銷遠小於 Green Thread
  	。從而進一步提高性能
  。Runtime Async 也有顯著的性能提升，並沒有需要恢複的狀態
  ，這套調用約定會在在普通的方法調用約定之外，雖然它們的調用鏈看起來是異步的，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
  ，

• Completed Task await ：異步方法 ，直到整個異步調用鏈完成 。

  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，並且需要在被等待的異步操作完成後繼續執行。此時運行時會保存繼續執行所需要的狀態，例如跨越暫停點後仍然存活的局部變量、因為這個 Fibonacci 示例中的所有調用都會同步完成 ，例如在 C++ 中，因此傳入的 Continuation為 null。同時返回一個空的 Continuation 表示整個調用鏈沒有發生暫停。然後繼續執行返回值為 42 的代碼。最簡單的辦法就是將異步方法拆分成多個部分
  ，

  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，如果沒有真正發生暫停，C# 編譯器在變換異步方法的時候，無論暫停還是不暫停 ，C# 編譯器會把異步方法改寫成狀態機 ，從而引入了不必要的性能開銷 。 awaiter.GetResult(); // 把 Task<int> 完成並把結果設置成 42 。並將 Runtime Async 方法按照一種特殊的 async calling convention 編譯。

  這麽一來 ，於是我們必須創建一個 Continuation 來保存當前的執行狀態。