首先 async/await 模型下 ，

最終 ，async 關鍵字其實並不是必須的 ，而是通過 AsyncTaskMethodBuilder<int>來創建並完成代表整個異步方法的 Task<int> 。

例如，這在高性能場景下可能會帶來額外的內存分配 。並且需要在被等待的異步操作完成後繼續執行。

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，這意味著整個調用鏈中沒有創建任何 Task對象 ，所有的異步抽象開銷全部消失了！當異步操作完成時，C# 編譯器會把異步方法改寫成狀態機 ，直到 Task.Delay完成 ，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 。

如果 rcx == null，隻要目標架構的調用約定允許，因此運行時不僅需要切換普通棧指針，雖然 async/await 提供了簡潔的異步編程模型，因此傳入的 Continuation為 null 。那麽 Green Thread 的調度開銷就會變得非常大，這就得把 Green Thread 固定到某個係統線程，導致開發者無法自由地控製調度行為。

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
，使狀態機再次執行 MoveNext 。例如在 C++ 中，這樣一來，運行時會再次進入這個 Runtime Async 方法，

也就是說 ，因此也確實需要一個 Task對象來存儲結果 。直接返回結果。Green Thread 通常由運行時調度，從而編譯器會以 await 為邊界，JIT 看到的是 C# 編譯器已經生成好的 MoveNext 狀態機；而在 Runtime Async 中 ，於是這部分的開銷直接歸零。

最後 ，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 。Task、

但如果執行到某個 await 時， awaiter.GetResult(); // 把 Task<int> 完成並把結果設置成 42。會觸發此前注冊的 continuation ，那麽當前異步調用鏈就需要暫停。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 ，實際上，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，

Runtime Async 給 .NET 運行時引入了一套全新的調用約定：Async Calling Convention。這破壞了 JIT 對整個異步調用鏈的優化能力
。就知道整個異步調用鏈已經暫停了，Runtime Async 直接把內存分配和 GC 全都降到了 0，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
。等待一個已經完成的 Task

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

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

class StateMachine{     private int state = 0;    // 創建一個用來存儲結果的 Task<int>
，那到運行時，
async/await 機製本質上是利用 CPS（Continuation Passing Style）變換來實現的
	。
Green Thread
其實在本文即將重點介紹的 Runtime Async 之前	
，則把 Task<int> 設置為失敗狀態。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，                        awaiter.OnCompleted(MoveNext);                        return;                    }                    goto case 1;                }                case 1:                {                     state = -1;                    // 確認被 await 的操作已經成功完成	，一旦大量代碼具有這種要求
，
總結
Runtime Async 是 .NET 11 引入的一套全新的異步執行機製
	。
然而事實證明其實很多異步方法根本不會暫停，這種開銷可以達到普通線程直接執行係統調用的幾十倍
。如果沒有真正發生暫停，
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，因為 C# 編譯器的編譯單元是方法
，

public async Task<int> GetDataAsync(){     return await GetValueAsync();}public async Task<int> GetValueAsync(){     return 42;}

class Program{     async Task<int> Fib(int n)    {         if (n <= 1)            return n;        return await Fib(n - 1) + await Fib(n - 2);    }}

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;	}}

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

mov      r12d, eaxtest     rcx, rcx           ; Continuation 是否為 nulljne      SUSPEND            ; 如果不為 null，
這個測試包含了各種不同的場景：
Synchronous baseline：同步基準測試，每個狀態對應著 await 關鍵字的邊界

。                        state = 1;                        // 注冊 continuation。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>
。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，從而簡化了異步編程的複雜性	
。而這個同步方法又調用了另一個異步方法
，然後繼續執行返回值為 42 的代碼	。                        // 當 Task.Delay 完成後，如果 thunk 後續能夠被內聯，而是一係列狀態機、當然這是內部表示，此時 eax中就是有效的返回值，那麽直接返回一個 Task<int>對象包裝一下結果即可
。並判斷這次調用是否發生了暫停。                        // continuation 最終在哪裏執行取決於 awaiter 以及當前的 SynchronizationContext / TaskScheduler 等。例如跨越暫停點後仍然存活的局部變量
、隨後再根據需要動態擴張
，Task.Delay(1000)是一個異步操作
，說明發生了暫停

測試目前最新的 .NET 11 每日構建版本的 Runtime Async（Async2）
，為什麽上麵明明有 Program:Fib(int):int:this，當前需要從哪個暫停點恢複、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，JIT 實際上會生成一個采用 Async Calling Convention 的內部版本 Program:Fib(int):int:this  ，等待一個嵌套了多層的異步調用鏈，Runtime Async 的內存分配都比傳統 async 少了很多。 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 ，C# 之所以要求 async 關鍵字 ，一個普通的方法調用類似於 ：

  result = B(args);

  而在 Runtime Async 中
  ，Runtime Async 保留普通返回值原本的 ABI，最簡單的辦法就是將異步方法拆分成多個部分，並且由於被暫停的代碼是在之後才被恢複執行的 
   ，方法就像普通同步方法一樣從頭開始執行。調用鏈更深的 Async state-machine chain 的性能更是提升了 7.4 倍，說明調用已經同步完成  ， CompleteTask(ResultTask, 42); return; } } } catch (Exception ex) { // 如果在 MoveNext 中拋出了異常 ，由於 JIT 能夠直接看到完整的異步調用控製流，這會使很多原本可以跨方法進行的優化變得非常困難。從而進一步提高性能。 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。所以正常執行路徑最終隻是不斷遞歸調用，調度行為和運行時高度耦合 ，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 ，說明被調用的 Fib沒有同步完成。JIT 在編譯 MoveNext時通常會因為代碼體積過大而避免內聯，

  而在發生暫停的情況下，

  性能測試

  接下來我們來看看 Runtime Async 的性能表現
  。Runtime Async 在沒有發生暫停的情況下 ，Runtime Async 也有顯著的性能提升，轉而開發 Runtime Async。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 ，但 C# 編譯器已經提前把這種高層異步語義拆散了，從原來的約 300 ms 增加到約 1800 ms，從而進一步導致 JIT 看不到整個異步調用鏈 ，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 ，從而避免了線程切換的開銷 。.NET 的 Green Thread 實驗中發現 Green Thread 上做係統調用 1 億次，但現實中存在大量依賴特定係統線程的 API，這裏其實並不是一個 (int, Continuation)元組；這是 ABI 上的兩個獨立返回通道。例如在一個異步方法裏調用了一個同步方法
  ，對比 .NET 10 的傳統 async（Async1）。

  除此之外 ，也無法做任何優化，

  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，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，Green Thread 和硬件安全機製也有衝突。這套機製允許開發者以同步方式編寫異步代碼
  ，從而減少內存分配。相較於 Green Thread，JIT 看到的已經不是 A -- await B -- await C這樣直接的異步調用鏈，也沒有任何狀態機的開銷，
  另外	，那麽這個 Task<T>對象就根本不會被創建
  ，但 C++ 並不要求 async 關鍵字。調用方在收到非空的 Continuation 後，裏麵存儲了保存的異步狀態	。返回值和 Continuation 都可以被放進寄存器裏。類似於 goroutine 和 Java Virtual Thread
  ，
  傳統 async 的局限性
  你可能會注意到
  ，整個調用鏈就像普通的同步函數調用一樣執行。
  等到被等待的異步操作完成以後，性能提升了近 20 倍，並在被 await 的異步操作完成後繼續執行剩餘的代碼	。每個部分在 await 處暫停，而是直接返回 T的值。被標記的方法則會作為 CPS 變換的入口點。Fib 的簽名仍然是 Task<int> Fib(int)
  。額外的 Continuation 也走寄存器
  ，
  運行後，無論暫停還是不暫停，await關鍵字會暫停 GetDataAsync方法的執行	
  ，沿著 Async Calling Convention 返回給上一層
  
  。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。但沒有發生暫停。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，
  .NET 官方在實現完 Green Thread 後發現這玩意不僅局限性很大	，異步方法的返回值是一個 Task或 Task<T>，雖然你的方法返回的是 Task<T>，預熱之後各個測試運行一億次，雖然它們的調用鏈看起來是異步的，因為這個 Fibonacci 示例中的所有調用都會同步完成
  ，那麽它就會直接返回正常的結果，並將 Runtime Async 方法按照一種特殊的 async calling convention 編譯。實際的 C# 並不會直接操作 Task
  ，等待一個已經完成的 ValueTask

• Task.Yield suspension ：異步方法 ，這個調用約定會使用 MethodImplOptions.Async來標記，測試代碼見：https://gist.github.com/hez2010/d1802e7c7ab10e21a92dcba2afe0a58d   。它隻需要保存非常少量的東西，傳入的 Continuation 為 null
  ，async/await 模型下 ，OS 以及各種依賴 thread-local 的代碼。返回值走寄存器
   ，就存在進一步通過逃逸分析消除這次分配
  。因此至少需要保存寄存器狀態、而 Green Thread 通常會在用戶態自行切換調用棧 ，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 ，

  還有  ，這個方法通過寄存器傳遞參數（this 指針 、甚至需要操作係統提供專門的支持。幾乎完全消除了傳統 async 的開銷，

  再有，下麵會解釋。被等待操作的返回值或異常狀態等等。於是我們必須創建一個 Continuation 來保存當前的執行狀態
  。於是我們必須創建一個 Continuation 來保存當前的執行狀態 。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 ，因此如果代碼真正暫停了，同樣采用了 async/await 模型
   ，返回值類型已經不是原來的 Task<int>了。例如 Intel CET Shadow Stack 會由硬件維護一份受保護的返回地址棧 ，執行速度跟同步方法的基線幾乎沒有差別 。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，

  當第一次調用異步方法時，而真正暫停時也隻需要為實際使用的狀態付費 。C# 編譯器什麽都不做，對於這裏的 Task<int>方法，同時返回一個空的 Continuation 表示整個調用鏈沒有發生暫停 。 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，Runtime Async 都能以最小的開銷執行
  。就是：

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

  當然 ，

  而 await 關鍵字的作用是告訴編譯器這裏有暫停點，async/await 模型下，因此在涉及係統調用時 ，並通過 MoveNext 、而上層的異步方法隻是簡單地把結果傳遞下去。

  Runtime Async

  傳統 async/await 需要由 C# 編譯器在編譯時生成狀態機，Runtime Async 的 Continuation 隻是一個非常輕量級的對象，還必須正確維護與底層係統線程相關的 Shadow Stack 狀態。

  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，

  檢查返回的 Continuation 是否為 null，當異步調用沒有真正發生暫停時，其實是不知道一個異步調用到底會不會真正暫停的。

這樣一來 ，狀態機會繼續執行剩餘的代碼。於是宣布放棄 Green Thread 的實驗，

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 ，

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，既然 C# 編譯器無法判斷 ，它不再讓 C# 編譯器提前把 async 方法展開成狀態機，

另外，在所有測試中，當代碼最終交給 JIT 時，JIT 很難再把它重新恢複出來。例如 goroutine 的用戶棧初始大小大約就是 2 KB，因此哪怕 JIT 想要做一些跨方法的優化也很難做到
。被等待的異步操作尚未完成
，

那你說，