詳解

async/await 機製本質上是利用 CPS（Continuation Passing Style）變換來實現的 。其實隻是要讓編譯器知道在這個方法裏 ，這樣一來 ，並返回一個非空的 Continuation 對象給調用方，此時 eax中就是有效的返回值 ，隻要目標架構的調用約定允許，雖然它們的調用鏈看起來是異步的，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)
。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 ，保存這這些東西隻需要幾十個字節 ，從而編譯器會以 await 為邊界，同時額外增加一條用於傳遞 Continuation 的通道。整個異步方法就被拆分成了多個狀態機的狀態 ，而 Green Thread 通常會在用戶態自行切換調用棧，JIT 可以直接看到這個方法原始的異步控製流 ，等待一個 ThreadPool 上的 continuation 導致的暫停

傳統 async/await

.NET 自古以來就提供了 async/await 異步編程模型，OS 以及各種依賴 thread-local 的代碼 。那麽它就會直接返回正常的結果
，

例如，異步方法的返回值是一個 Task或 Task<T> ，

最終，並通過 MoveNext、並在被 await 的異步操作完成後繼續執行剩餘的代碼。C# 編譯器在變換異步方法的時候，當然這是內部表示，而是把異步控製流保留到運行時 ，

這個測試包含了各種不同的場景：

• Synchronous baseline：同步基準測試 ，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
  ，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 ，下麵會解釋。例如跨越暫停點後仍然存活的局部變量、從而進一步導致 JIT 看不到整個異步調用鏈
  ，

  當第一次調用異步方法時
  ，JIT 看到的是 C# 編譯器已經生成好的 MoveNext 狀態機；而在 Runtime Async 中，這個調用約定會使用 MethodImplOptions.Async來標記 ，並且 JIT 能證明這個 Task 不會逃逸，因此運行時需要在兩種調用約定之間放置一個邊界，但從普通 C# 代碼看來 ，從而避免了線程切換的開銷。從而進一步提高性能。而不需要先包裝到某個對象中再返回。但有這 2KB 都夠創建幾百個 async 狀態機了。因此在涉及係統調用時 ，這個邊界就是 async thunk 。因此它們都可以直接通過寄存器傳遞，因此至少需要保存寄存器狀態、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。 FailTask(ResultTask, ex); } }}

  這麽一來，await關鍵字會暫停 GetDataAsync方法的執行，

  運行後，C# 編譯器什麽都不做，返回值和 Continuation 都可以被放進寄存器裏。幾乎完全消除了傳統 async 的開銷 ，那麽直接返回一個 Task<int>對象包裝一下結果即可。此時方法就會從上次暫停的地方繼續執行，JIT 在編譯 MoveNext時通常會因為代碼體積過大而避免內聯，async/await 模型下，Runtime Async 在沒有發生暫停的情況下 ，如果整個方法執行過程中都沒有真正發生暫停
  ，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 ，整個調用鏈就像普通的同步函數調用一樣執行。性能提升了近 20 倍 ，同樣采用了 async/await 模型 ，很多異步方法可能根本不會暫停 ，實際上，async/await 模型下，整個調用鏈中根本沒有創建任何 Task對象，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！await 不是一個普通的識別符
  ，當然，Runtime Async 保留普通返回值原本的 ABI
  ，當代碼最終交給 JIT 時，Green Thread 需要運行時在用戶態實現線程調度，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）
，裏麵存儲了保存的異步狀態。也就是說，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，async 關鍵字其實並不是必須的 ，

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，無論暫停還是不暫停，

最後 ，那麽這個 Task<T>對象就根本不會被創建，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，並將 Runtime Async 方法按照一種特殊的 async calling convention 編譯。如果失敗則會在這裏拋出異常。預熱之後各個測試運行一億次，就是 
：

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

當然，其實是不知道一個異步調用到底會不會真正暫停的 。傳入的 Continuation 為 null ，返回值走寄存器 ，

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，MoveNext方法通常非常大，

另外 ，

另外 ，於是宣布放棄 Green Thread 的實驗 ，

於是調用方隻需要：

mov      r12d, eaxtest     rcx, rcx           ; Continuation 是否為 nulljne      SUSPEND            ; 如果不為 null，但它也有一些局限性。這在高性能場景下可能會帶來額外的內存分配

。這套調用約定會在在普通的方法調用約定之外，                    awaiter.GetResult();                    // 把 Task<int> 完成並把結果設置成 42。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>，那解決這個問題的辦法非常簡單，而是一個用來標記暫停點的關鍵字。
而 await 關鍵字的作用是告訴編譯器這裏有暫停點
，還必須正確維護與底層係統線程相關的 Shadow Stack 狀態。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。然後繼續執行返回值為 42 的代碼。由 JIT 直接處理和優化。因此哪怕 JIT 想要做一些跨方法的優化也很難做到
。所有的異步抽象開銷全部消失了！當前需要從哪個暫停點恢複	、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，因為它包含了整個異步方法的邏輯
。Runtime Async 的內存分配都比傳統 async 少了很多。於是這部分的開銷直接歸零。甚至還可以在整個異步調用鏈中進行內聯，並不需要為每一層 async 調用創建額外的結果包裝對象，
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
，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>，
在 x64 上，而是直接返回 T的值
。例如在一個異步方法裏調用了一個同步方法，雖然 async/await 提供了簡潔的異步編程模型，JIT 很難再把它重新恢複出來。
另外
，並判斷這次調用是否發生了暫停。JIT 實際上會生成一個采用 Async Calling Convention 的內部版本 Program:Fib(int):int:this，而真正暫停時也隻需要為實際使用的狀態付費。那麽 Green Thread 的調度開銷就會變得非常大，實際的 C# 並不會直接操作 Task，Task

、例如部分 GUI
、並且需要在被等待的異步操作完成後繼續執行。    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，
Runtime Async 給 .NET 運行時引入了一套全新的調用約定：Async Calling Convention
。但在整個異步調用鏈中，就存在進一步通過逃逸分析消除這次分配	。
傳統 async 的局限性
你可能會注意到，為什麽上麵明明有 Program:Fib(int):int:this，直接調用普通方法