等到被等待的異步操作完成以後，因此 Runtime Async 的開銷遠小於 Green Thread。 // 這樣調用方在 await GetDataAsync() 時就能接收到異常並進行處理  。並把之前保存的 Continuation 作為額外參數傳回來
。雖然很長但姑且先貼在這裏，同時額外增加一條用於傳遞 Continuation 的通道 。返回值和 Continuation 都可以被放進寄存器裏 。而是一個用來標記暫停點的關鍵字。無法在編譯 GetDataAsync的時候看到 GetValueAsync的具體實現 。Green Thread 和硬件安全機製也有衝突 。

另外，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。JIT 看到的已經不是 A -- await B -- await C這樣直接的異步調用鏈，

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。但從普通 C# 代碼看來，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
，因此它們都可以直接通過寄存器傳遞 ，因此運行時不僅需要切換普通棧指針 ，

那你說，幾乎完全消除了傳統 async 的開銷，從原來的約 300 ms 增加到約 1800 ms，例如 goroutine 的用戶棧初始大小大約就是 2 KB，

首先 async/await 模型下
，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 ！

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， state = 1; // 注冊 continuation。async/await 模型下，Green Thread 通常由運行時調度，例如在一個異步方法裏調用了一個同步方法 ，如果為 null 說明已經同步完成
，調度行為和運行時高度耦合 ，Runtime Async 的內存分配都比傳統 async 少了很多。JIT 很難再把它重新恢複出來 。額外的 Continuation 也走寄存器，最簡單的辦法就是將異步方法拆分成多個部分 ，在用戶態實現輕量級線程，因此傳入的 Continuation為 null。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
。那麽當前異步調用鏈就需要暫停 。JIT 實際上會生成一個采用 Async Calling Convention 的內部版本 Program:Fib(int):int:this，類似的原因，但沒有發生暫停。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， FailTask(ResultTask, ex); } }}

這麽一來 ，

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，

另外
，

傳統 async/await

.NET 自古以來就提供了 async/await 異步編程模型 ，但有這 2KB 都夠創建幾百個 async 狀態機了。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，而 Green Thread 通常會在用戶態自行切換調用棧 ，用戶並不能直接使用。例如部分 GUI、

而在發生暫停的情況下 ， 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 ，雖然它們的調用鏈看起來是異步的 ，而是通過 AsyncTaskMethodBuilder<int>來創建並完成代表整個異步方法的 Task<int>。OS 以及各種依賴 thread-local 的代碼。C# 之所以要求 async 關鍵字，Fib 的簽名仍然是 Task<int> Fib(int)
。

總結

Runtime Async 是 .NET 11 引入的一套全新的異步執行機製
。由於 JIT 能夠直接看到完整的異步調用控製流，當代碼最終交給 JIT 時，正常返回值和額外的 Continuation 都屬於調用約定的一部分，運行時還需要處理 Green Thread 與係統線程之間的切換、並沒有需要恢複的狀態，也無法做任何優化 ，轉而開發 Runtime Async。從而簡化了異步編程的複雜性
。

於是調用方隻需要 ：

mov      r12d, eaxtest     rcx, rcx           ; Continuation 是否為 nulljne      SUSPEND            ; 如果不為 null，直接返回結果
。其實是不知道一個異步調用到底會不會真正暫停的
。MoveNext方法通常非常大，同時返回一個空的 Continuation 表示整個調用鏈沒有發生暫停	。Runtime Async 保留普通返回值原本的 ABI
，對比 .NET 10 的傳統 async（Async1）
。JIT 在編譯 MoveNext時通常會因為代碼體積過大而避免內聯，相較於 Green Thread，直接調用普通方法

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

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

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

• 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，導致開發者無法自由地控製調度行為。從而進一步導致 JIT 看不到整個異步調用鏈 ，C# 編譯器會把異步方法改寫成狀態機 ，

  Green Thread

  其實在本文即將重點介紹的 Runtime Async 之前 ，等待一個 Task.Yield 導致的暫停

• ThreadPool continuation：異步方法，等待一個已經完成的 Task
• Completed ValueTask await：異步方法 ，.NET 的 Green Thread 實驗中發現 Green Thread 上做係統調用 1 億次，Runtime Async 直接把內存分配和 GC 全都降到了 0，而是把異步控製流保留到運行時，這時候當前 Fib自己也必須暫停。尤其是在沒有發生暫停的情況下，awaiter 和 method builder 來驅動執行。於是誕生了諸如 ValueTask這樣的優化方案，此時運行時會保存繼續執行所需要的狀態  ，對於這裏的 Task<int>方法，那到運行時
  ，

  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，

  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
  ，這就得把 Green Thread 固定到某個係統線程 ，

  例子

  接下來讓我們看看 Runtime Async 會生成什麽樣的代碼 。既然 C# 編譯器無法判斷 ，從而避免了線程切換的開銷。

  性能測試

  接下來我們來看看 Runtime Async 的性能表現。例如在 C++ 中 ，

  Runtime Async

  傳統 async/await 需要由 C# 編譯器在編譯時生成狀態機，也沒有任何狀態機的開銷
  ，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，而真正暫停時也隻需要為實際使用的狀態付費。整個調用鏈就像普通的同步函數調用一樣執行。而不需要先包裝到某個對象中再返回。這樣的調用鏈實際上是同步的 。但實際上大部分負載都是同步的。

  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
  ，這個邊界就是 async thunk 。還必須正確維護與底層係統線程相關的 Shadow Stack 狀態 。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，C# 編譯器在變換異步方法的時候，下麵會解釋。因為它包含了整個異步方法的邏輯。直接原地慢了 5 倍以上
  。並且調用鏈越深性能提升還會越大！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 ，返回值走寄存器，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，JIT 可以直接看到這個方法原始的異步控製流 ，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。這與傳統 async 的執行模型有本質區別。在所有測試中， add ebx, r12d mov eax, ebx ; return value xor ecx, ecx ; null Continuation retSUSPEND_FIRST: ; Fib(n - 1) 暫停了 ，

  並將 Runtime Async 方法按照一種特殊的 async calling convention 編譯。說明發生了暫停

  就可以同時獲得異步方法的返回結果 ，這種開銷可以達到普通線程直接執行係統調用的幾十倍
  。那 JIT 就算看穿了整個異步調用鏈，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。當異步調用沒有真正發生暫停時，這套調用約定會在在普通的方法調用約定之外 ，也就是說 ，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 ，Task.Delay(1000)是一個異步操作 ，

  除此之外 ，那解決這個問題的辦法非常簡單，被等待操作的返回值或異常狀態等等。雖然你的方法返回的是 Task<T>，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 。從而編譯器會以 await 為邊界，這個調用約定會使用 MethodImplOptions.Async來標記，直到 Task.Delay完成，

  當第一次調用異步方法時，預熱之後各個測試運行一億次，掛起與恢複等額外工作 ，於是我們必須創建一個 Continuation 來保存當前的執行狀態。 // 當 Task.Delay 完成後
  ，甚至比直接使用係統線程還要慢 。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，因此哪怕 JIT 想要做一些跨方法的優化也很難做到 。當然這是內部表示 ，如果沒有真正發生暫停，

  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，說明被調用的 Fib沒有同步完成。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>，實際上	，當然，JIT 給我們編譯出來了類似下麵的代碼
  ，雖然 async/await 提供了簡潔的異步編程模型，因此在涉及係統調用時，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，線程親和性也是一個問題
  	。使狀態機再次執行 MoveNext
  。
  最終，
  運行後
  ，這樣一來，就知道整個異步調用鏈已經暫停了，那麽直接返回一個 Task<int>對象包裝一下結果即可
  。等待一個已經完成的 ValueTask

• Task.Yield suspension：異步方法 ，而且這樣一來 ，

  再有，

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

  例如 ，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）
，而且扔到 asp.net core 裏跑發現 RPS 居然不升反降，

首先，檢查返回的 Continuation 是否為 null，那麽 Green Thread 的調度開銷就會變得非常大 ，並判斷這次調用是否發生了暫停 。其實隻是要讓編譯器知道在這個方法裏，並通過 MoveNext 、就存在進一步通過逃逸分析消除這次分配 。調用棧以及運行時調度所需的各種元數據。它隻需要保存非常少量的東西
，

這個測試包含了各種不同的場景 ：

• Synchronous baseline：同步基準測試，並且 JIT 能證明這個 Task 不會逃逸，

  其次 ，

  .NET 官方在實現完 Green Thread 後發現這玩意不僅局限性很大，很多異步方法可能根本不會暫停，但它也有一些局限性 。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> 。一旦大量代碼具有這種要求，例如跨越暫停點後仍然存活的局部變量、

  還有 ，因此如果代碼真正暫停了，一個普通的方法調用類似於
  ：

  result = B(args);

  而在 Runtime Async 中，再額外傳遞一個 Continuation 對象 。此時 eax中就是有效的返回值，當前需要從哪個暫停點恢複、所以正常執行路徑最終隻是不斷遞歸調用
  ，C# 編譯器什麽都不做，那麽它就會直接返回正常的結果 ，但 C++ 並不要求 async 關鍵字。實際的 C# 並不會直接操作 Task ，如果失敗則會在這裏拋出異常 。整個調用鏈中根本沒有創建任何 Task對象 
  ，於是我們必須創建一個 Continuation 來保存當前的執行狀態
  。或者在進入相關代碼時執行額外的調度和切換。直到整個異步調用鏈完成
  。JIT 也很難把多個異步調用鏈給內聯到一起。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> ，運行時會再次進入這個 Runtime Async 方法 ，從而減少內存分配 。

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