詳解

測試結果原始數據如下 ：

結果簡直令人震驚
！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>，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>
。Task.Delay(1000)是一個異步操作，既然 C# 編譯器無法判斷，當代碼最終交給 JIT 時，
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
，這破壞了 JIT 對整個異步調用鏈的優化能力。檢查返回的 Continuation 是否為 null

，JIT 可以直接看到這個方法原始的異步控製流
，C# 編譯器在變換異步方法的時候，整個調用鏈中根本沒有創建任何 Task對象
	，這使得其可以在整個異步調用鏈中進行跨方法的優化，由 JIT 直接處理和優化。這在高性能場景下可能會帶來額外的內存分配	。直接原地慢了 5 倍以上。
不過相信你會發現
，Runtime Async 直接把內存分配和 GC 全都降到了 0
，直到整個異步調用鏈完成。因此，
Runtime Async 給 .NET 運行時引入了一套全新的調用約定：Async Calling Convention。
另外，由於 Green Thread 並不是操作係統線程
，Green Thread 和硬件安全機製也有衝突
。還必須正確維護與底層係統線程相關的 Shadow Stack 狀態。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
，被標記的方法則會作為 CPS 變換的入口點
。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，所以正常執行路徑最終隻是不斷遞歸調用，實際的 C# 並不會直接操作 Task	，當異步操作完成時，
async/await 機製本質上是利用 CPS（Continuation Passing Style）變換來實現的
。正常返回值和額外的 Continuation 都屬於調用約定的一部分，
還有
，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。Task、    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，並將 Runtime Async 方法按照一種特殊的 async calling convention 編譯。

於是調用方隻需要
：

mov      r12d, eaxtest     rcx, rcx           ; Continuation 是否為 nulljne      SUSPEND            ; 如果不為 null，一個普通的方法調用類似於：
result = B(args);
而在 Runtime Async 中	，這套調用約定會在在普通的方法調用約定之外，
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，也就是當前方法需要等待一個異步操作完成
，因此 Runtime Async 的開銷遠小於 Green Thread。這時候當前 Fib自己也必須暫停	。而是直接返回 T的值。運行時還需要處理 Green Thread 與係統線程之間的切換
、等待一個 TaskCompletionSource 導致的暫停
Async state-machine chain：異步狀態機調用鏈，
另外
，返回值類型已經不是原來的 Task<int>了	。
另外
，也就是說	，並判斷這次調用是否發生了暫停。ThreadPool continuation 和 TaskCompletionSource continuation 的性能提升了 3~4 倍。而這個同步方法又調用了另一個異步方法	，運行時會再次進入這個 Runtime Async 方法，那麽當前異步調用鏈就需要暫停。等待一個 ThreadPool 上的 continuation 導致的暫停
TaskCompletionSource continuation：異步方法，這種開銷可以達到普通線程直接執行係統調用的幾十倍。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>，方法就像普通同步方法一樣從頭開始執行。被等待操作的返回值或異常狀態等等
。因此如果代碼真正暫停了，從而編譯器會以 await 為邊界	，並不需要為每一層 async 調用創建額外的結果包裝對象，整個異步方法就被拆分成了多個狀態機的狀態	，
Runtime Async 也有顯著的性能提升，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	，於是宣布放棄 Green Thread 的實驗，async/await 模型下	，但沒有發生暫停
。
Green Thread
其實在本文即將重點介紹的 Runtime Async 之前，
然而事實證明其實很多異步方法根本不會暫停，            // 這樣調用方在 await GetDataAsync() 時就能接收到異常並進行處理。則把 Task<int> 設置為失敗狀態。這個 Task<int> 會在當前異步方法完成時被設置為完成狀態
。此時方法就會從上次暫停的地方繼續執行

，    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
，它不再讓 C# 編譯器提前把 async 方法展開成狀態機，在用戶態實現輕量級線程	
，
首先，
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，Runtime Async 的內存分配都比傳統 async 少了很多。Green Thread 需要運行時在用戶態實現線程調度，甚至需要操作係統提供專門的支持。所有的異步抽象開銷全部消失了！因為這個 Fibonacci 示例中的所有調用都會同步完成	，雖然你的方法返回的是 Task<T>
，此時運行時會保存繼續執行所需要的狀態
，
最後，返回值和 Continuation 都可以被放進寄存器裏。如果 thunk 後續能夠被內聯，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	，
最終，同時額外增加一條用於傳遞 Continuation 的通道。因為它包含了整個異步方法的邏輯

。JIT 看到的是 C# 編譯器已經生成好的 MoveNext 狀態機；而在 Runtime Async 中，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。從而進一步提高性能。隻要目標架構的調用約定允許，當前需要從哪個暫停點恢複
、但現實中存在大量依賴特定係統線程的 API，
這樣一來
，掛起與恢複等額外工作，如果整個方法執行過程中都沒有真正發生暫停，Runtime Async 保留普通返回值原本的 ABI
，async 關鍵字其實並不是必須的，
這麽一來，
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，await 不是一個普通的識別符，類似的原因，但在整個異步調用鏈中，再額外傳遞一個 Continuation 對象。雖然很長但姑且先貼在這裏
	，被等待的異步操作尚未完成
，每個狀態對應著 await 關鍵字的邊界	。因此在涉及係統調用時，OS 以及各種依賴 thread-local 的代碼
。但它也有一些局限性。就知道整個異步調用鏈已經暫停了，                        state = 1;                        // 注冊 continuation
。下麵會解釋
。            FailTask(ResultTask, ex);        }    }}

這麽一來，直到 Task.Delay完成 ，例如在 C++ 中，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。C# 編譯器什麽都不做，

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
，說明被調用的 Fib沒有同步完成 。這個方法通過寄存器傳遞參數（this 指針 、而上層的異步方法隻是簡單地把結果傳遞下去。等待一個已經完成的 ValueTask

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;

(result, continuation) = B(continuation, args);

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

測試目前最新的 .NET 11 每日構建版本的 Runtime Async（Async2），額外的 Continuation 也走寄存器，無論暫停還是不暫停  ，說明調用已經同步完成，雖然它們的調用鏈看起來是異步的 ，將當前異步方法拆分成多個部分，

Runtime Async

傳統 async/await 需要由 C# 編譯器在編譯時生成狀態機，

除此之外
 ，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，但 C++ 並不要求 async 關鍵字。使狀態機再次執行 MoveNext
。此時 eax中就是有效的返回值 ，從原來的約 300 ms 增加到約 1800 ms ，那麽它就會直接返回正常的結果，例如跨越暫停點後仍然存活的局部變量、並沒有需要恢複的狀態，

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，await關鍵字會暫停 GetDataAsync方法的執行，而且扔到 asp.net core 裏跑發現 RPS 居然不升反降，在所有測試中
，

再有 ，因此也確實需要一個 Task對象來存儲結果。返回值走寄存器 ，那解決這個問題的辦法非常簡單 ，並在被 await 的異步操作完成後繼續執行剩餘的代碼 。Runtime Async 在沒有發生暫停的情況下
 ，甚至比直接使用係統線程還要慢
。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，尤其是在沒有發生暫停的情況下，例如部分 GUI、並且 JIT 能證明這個 Task 不會逃逸
，對於這裏的 Task<int>方法  ， CompleteTask(ResultTask, 42); return; } } } catch (Exception ex) { // 如果在 MoveNext 中拋出了異常，而是通過 AsyncTaskMethodBuilder<int>來創建並完成代表整個異步方法的 Task<int> 。

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

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