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 ，因此運行時需要在兩種調用約定之間放置一個邊界，所以正常執行路徑最終隻是不斷遞歸調用 ，C# 編譯器在變換異步方法的時候 ，最簡單的辦法就是將異步方法拆分成多個部分，因為 C# 編譯器的編譯單元是方法 ，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，並且 JIT 能證明這個 Task 不會逃逸，例如 goroutine 的用戶棧初始大小大約就是 2 KB
，從而引入了不必要的性能開銷。Green Thread 和硬件安全機製也有衝突 。

其次， 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
。 CompleteTask(ResultTask, 42); return; } } } catch (Exception ex) { // 如果在 MoveNext 中拋出了異常 ，當異步操作完成時 ，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>
。導致開發者無法自由地控製調度行為。並返回一個非空的 Continuation 對象給調用方
，下麵會解釋 。await 不是一個普通的識別符 ，Fib 的簽名仍然是 Task<int> Fib(int)。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 ，並將 Runtime Async 方法按照一種特殊的 async calling convention 編譯 。也沒有任何狀態機的開銷。幾乎完全消除了傳統 async 的開銷
，

這麽一來，額外的 Continuation 也走寄存器 ，那 JIT 就算看穿了整個異步調用鏈 ，於是宣布放棄 Green Thread 的實驗，Green Thread 需要運行時在用戶態實現線程調度，這個 Task<int> 會在當前異步方法完成時被設置為完成狀態。既然 C# 編譯器無法判斷，類似的原因
，而不需要先包裝到某個對象中再返回。

當第一次調用異步方法時，而是直接返回 T的值。這會使很多原本可以跨方法進行的優化變得非常困難
。裏麵存儲了保存的異步狀態 。於是誕生了諸如 ValueTask這樣的優化方案，線程親和性也是一個問題。JIT 看到的是 C# 編譯器已經生成好的 MoveNext 狀態機；而在 Runtime Async 中，在所有測試中，從而減少內存分配。整個調用鏈就像普通的同步函數調用一樣執行。被等待操作的返回值或異常狀態等等。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，預熱之後各個測試運行一億次 ，其實是不知道一個異步調用到底會不會真正暫停的 。調度行為和運行時高度耦合，而且這樣一來，

async/await 機製本質上是利用 CPS（Continuation Passing Style）變換來實現的。每個部分在 await 處暫停 ，這套調用約定會在在普通的方法調用約定之外 ，

這個測試包含了各種不同的場景 ：

• Synchronous baseline ：同步基準測試 ，

  最終
  ，用戶並不能直接使用 。由 JIT 直接處理和優化。

  然而事實證明其實很多異步方法根本不會暫停，

  傳統 async 的局限性

  你可能會注意到， // continuation 最終在哪裏執行取決於 awaiter 以及當前的 SynchronizationContext / TaskScheduler 等。Runtime Async 都能以最小的開銷執行。無法在編譯 GetDataAsync的時候看到 GetValueAsync的具體實現 。但現實中存在大量依賴特定係統線程的 API ，如果整個方法執行過程中都沒有真正發生暫停 ，例如部分 GUI 、說明被調用的 Fib沒有同步完成 。那麽 Green Thread 的調度開銷就會變得非常大，從而編譯器會以 await 為邊界 ，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 。這個方法通過寄存器傳遞參數（this 指針
  、當然，執行速度跟同步方法的基線幾乎沒有差別 。C# 之所以要求 async 關鍵字 ，當代碼最終交給 JIT 時 ，由於 Green Thread 並不是操作係統線程，這通常意味著每次調用異步方法都會創建一個新的 Task對象。但 C# 編譯器已經提前把這種高層異步語義拆散了，

  於是調用方隻需要 ：

  mov      r12d, eaxtest     rcx, rcx           ; Continuation 是否為 nulljne      SUSPEND            ; 如果不為 null，
  例如
  
  ，
  首先，這在高性能場景下可能會帶來額外的內存分配。則把 Task<int> 設置為失敗狀態。Continuation非空的情況也能直接從生成代碼中看到。
  另外，沿著 Async Calling Convention 返回給上一層。因此哪怕 JIT 想要做一些跨方法的優化也很難做到
  。當前需要從哪個暫停點恢複	、但它也有一些局限性。並在被 await 的異步操作完成後繼續執行剩餘的代碼
  	。JIT 給我們編譯出來了類似下麵的代碼，並且需要在被等待的異步操作完成後繼續執行
  。就存在進一步通過逃逸分析消除這次分配。類似於 goroutine 和 Java Virtual Thread，如果沒有真正發生暫停，保存這這些東西隻需要幾十個字節，並不需要為每一層 async 調用創建額外的結果包裝對象，那麽這個 Task<T>對象就根本不會被創建
  ，            FailTask(ResultTask, ex);        }    }}

  這麽一來，正常返回值和額外的 Continuation 都屬於調用約定的一部分，從而避免了線程切換的開銷 。也就是說 ，雖然它們的調用鏈看起來是異步的，返回值類型已經不是原來的 Task<int>了。此時運行時會保存繼續執行所需要的狀態，其實隻是要讓編譯器知道在這個方法裏，直接返回結果 。而 Green Thread 通常會在用戶態自行切換調用棧 ，傳入的 Continuation 為 null ，

  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，然後繼續執行返回值為 42 的代碼 。雖然 async/await 提供了簡潔的異步編程模型，並通過 MoveNext 、說明發生了暫停

  就可以同時獲得異步方法的返回結果 ，調用棧以及運行時調度所需的各種元數據。因此傳入的 Continuation為 null 。

  另外，此時 eax中就是有效的返回值，並且調用鏈越深性能提升還會越大！await關鍵字會暫停 GetDataAsync方法的執行
  ，C# 編譯器會把異步方法改寫成狀態機 ，對比 .NET 10 的傳統 async（Async1） 。但實際上大部分負載都是同步的 。這樣的調用鏈實際上是同步的。JIT 也很難把多個異步調用鏈給內聯到一起。測試代碼見：https://gist.github.com/hez2010/d1802e7c7ab10e21a92dcba2afe0a58d 
  。Task.Delay(1000)是一個異步操作 ，Runtime Async 保留普通返回值原本的 ABI ，也無法做任何優化 ，但從普通 C# 代碼看來
  ，那麽直接返回一個 Task<int>對象包裝一下結果即可
  。就是
  ：

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

  當然，

  性能測試

  接下來我們來看看 Runtime Async 的性能表現。於是我們必須創建一個 Continuation 來保存當前的執行狀態。

  Green Thread

  其實在本文即將重點介紹的 Runtime Async 之前 ，那麽當前異步調用鏈就需要暫停。

  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，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
  ，

  傳統 async/await

  .NET 自古以來就提供了 async/await 異步編程模型 ，雖然你的方法返回的是 Task<T> ，所有的異步抽象開銷全部消失了 ！而這個同步方法又調用了另一個異步方法 ，會觸發此前注冊的 continuation ，這套機製允許開發者以同步方式編寫異步代碼 ，因此如果代碼真正暫停了，而是通過 AsyncTaskMethodBuilder<int>來創建並完成代表整個異步方法的 Task<int> 。無論暫停還是不暫停，

  在 x64 上，

  例如第一次遞歸調用：

  await Fib(n - 1)

  被編譯成：

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

  而 Fib(n - 1)實際上返回了兩個值
  ：

  eax = Fib 的 int 返回值rcx = Continuation

  當然，從而進一步導致 JIT 看不到整個異步調用鏈
  ，於是我們必須創建一個 Continuation 來保存當前的執行狀態
  。

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

  但如果執行到某個 await 時
  ，

  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，

• 更有不少係統是基於異步模型來做的分布式計算係統 ，

  運行後，並把之前保存的 Continuation 作為額外參數傳回來。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>，當異步調用沒有真正發生暫停時
  ，相較於 Green Thread	，並沒有需要恢複的狀態
  ，這樣一來，ThreadPool continuation 和 TaskCompletionSource continuation 的性能提升了 3~4 倍。async/await 模型下，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。掛起與恢複等額外工作
  
  ，OS 以及各種依賴 thread-local 的代碼	。異步方法的返回值是一個 Task或 Task<T>
  ，返回值和 Continuation 都可以被放進寄存器裏。等待一個已經完成的 Task

• Completed ValueTask await：異步方法，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。從語義上看這些調用完全可以像普通的同步函數調用一樣執行 ，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，async 關鍵字其實並不是必須的，因此在涉及係統調用時
  ，因此至少需要保存寄存器狀態 、此時方法就會從上次暫停的地方繼續執行，那麽它就會直接返回正常的結果，性能提升了近 20 倍，這個邊界就是 async thunk。

  那你說 ，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。

  再有
  ，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  ，但在整個異步調用鏈中
  ，JIT 看到的已經不是 A -- await B -- await C這樣直接的異步調用鏈，為什麽上麵明明有 Program:Fib(int):int:this ，方法就像普通同步方法一樣從頭開始執行 。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  ，同樣采用了 async/await 模型，Task、並且由於被暫停的代碼是在之後才被恢複執行的 ，因此 ，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。

  .NET 官方在實現完 Green Thread 後發現這玩意不僅局限性很大 ，實際上，

  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，

  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，或者在進入相關代碼時執行額外的調度和切換 。 // 這樣調用方在 await GetDataAsync() 時就能接收到異常並進行處理
  。直到 Task.Delay完成，因此運行時不僅需要切換普通棧指針，

• Completed Task await：異步方法，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，因此也確實需要一個 Task對象來存儲結果 。 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，它不再讓 C# 編譯器提前把 async 方法展開成狀態機 ，

  總結

  Runtime Async 是 .NET 11 引入的一套全新的異步執行機製。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）， state = 1; // 注冊 continuation 。調用方在收到非空的 Continuation 後，直接調用普通方法