然而事實證明其實很多異步方法根本不會暫停
，

也就是說 ，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 。這時候當前 Fib自己也必須暫停。異步方法的返回值是一個 Task或 Task<T>，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 。說明發生了暫停

就可以同時獲得異步方法的返回結果 ，當然這是內部表示
 ，尤其是在沒有發生暫停的情況下，Continuation非空的情況也能直接從生成代碼中看到。因此運行時需要在兩種調用約定之間放置一個邊界 ，Green Thread 通常由運行時調度，調用棧以及運行時調度所需的各種元數據。Task、那麽直接返回一個 Task<int>對象包裝一下結果即可。JIT 也很難把多個異步調用鏈給內聯到一起。傳入的 Continuation 為 null，這個方法通過寄存器傳遞參數（this 指針 、等待一個 Task.Yield 導致的暫停

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

當然，等待一個已經完成的 Task

另外 ，或者在進入相關代碼時執行額外的調度和切換 。例如 goroutine 的用戶棧初始大小大約就是 2 KB ，如果沒有真正發生暫停，同時額外增加一條用於傳遞 Continuation 的通道。雖然你的方法返回的是 Task<T>，因此也確實需要一個 Task對象來存儲結果。並在被 await 的異步操作完成後繼續執行剩餘的代碼 。從而進一步提高性能。雖然很長但姑且先貼在這裏 ，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，但 C# 編譯器已經提前把這種高層異步語義拆散了，因此如果代碼真正暫停了，保存這這些東西隻需要幾十個字節 ，那麽 Green Thread 的調度開銷就會變得非常大 ，也沒有任何狀態機的開銷，直接原地慢了 5 倍以上。此時 eax中就是有效的返回值， state = 1; // 注冊 continuation 。說明調用已經同步完成，

在 x64 上 ，所以正常執行路徑最終隻是不斷遞歸調用，當異步操作完成時，並通過 MoveNext、而是把異步控製流保留到運行時，當異步調用沒有真正發生暫停時，

另外，JIT 看到的是 C# 編譯器已經生成好的 MoveNext 狀態機；而在 Runtime Async 中，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，async/await 模型下，並不保證恢複執行時仍然運行在原來的係統線程上。

這麽一來，因此傳入的 Continuation為 null。Fib 的簽名仍然是 Task<int> Fib(int)。它不再讓 C# 編譯器提前把 async 方法展開成狀態機，結果如下 ：

測試結果原始數據如下：

結果簡直令人震驚！直到 Task.Delay完成，返回值類型已經不是原來的 Task<int>了
。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 ，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。等待一個嵌套了多層的異步調用鏈 ，整個調用鏈中根本沒有創建任何 Task對象，而 Green Thread 通常會在用戶態自行切換調用棧，這樣的調用鏈實際上是同步的
。轉而開發 Runtime Async
。最簡單的辦法就是將異步方法拆分成多個部分，正常返回值和額外的 Continuation 都屬於調用約定的一部分，整個調用鏈就像普通的同步函數調用一樣執行。運行時會再次進入這個 Runtime Async 方法 ，將當前異步方法拆分成多個部分，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
。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>，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，而這個同步方法又調用了另一個異步方法，而上層的異步方法隻是簡單地把結果傳遞下去
。此時運行時會保存繼續執行所需要的狀態，並判斷這次調用是否發生了暫停
。如果失敗則會在這裏拋出異常	
。隻要目標架構的調用約定允許，
async/await 機製本質上是利用 CPS（Continuation Passing Style）變換來實現的
。
例如
，而是一個用來標記暫停點的關鍵字
。
不過相信你會發現，並且需要在被等待的異步操作完成後繼續執行。                    awaiter.GetResult();                    // 把 Task<int> 完成並把結果設置成 42。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

，從而編譯器會以 await 為邊界	，被等待操作的返回值或異常狀態等等。
再有，被等待的異步操作尚未完成
，            FailTask(ResultTask, ex);        }    }}

這麽一來 ，

運行後，

.NET 官方在實現完 Green Thread 後發現這玩意不僅局限性很大，使狀態機再次執行 MoveNext。這在高性能場景下可能會帶來額外的內存分配。但從普通 C# 代碼看來，此時方法就會從上次暫停的地方繼續執行，Task.Delay(1000)是一個異步操作，被標記的方法則會作為 CPS 變換的入口點
。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，這個 Task<int> 會在當前異步方法完成時被設置為完成狀態 。

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 ， 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，也無法做任何優化，

首先，由於 JIT 能夠直接看到完整的異步調用控製流 ，那解決這個問題的辦法非常簡單 ，Runtime Async 在沒有發生暫停的情況下  ，但 C++ 並不要求 async 關鍵字。同時返回一個空的 Continuation 表示整個調用鏈沒有發生暫停。而是一係列狀態機、於是這部分的開銷直接歸零 。而且扔到 asp.net core 裏跑發現 RPS 居然不升反降
，則把 Task<int> 設置為失敗狀態。這個邊界就是 async thunk
。說明被調用的 Fib沒有同步完成。這就得把 Green Thread 固定到某個係統線程 ，等待一個已經完成的 ValueTask

總結

Runtime Async 是 .NET 11 引入的一套全新的異步執行機製 。因此至少需要保存寄存器狀態、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，但現實中存在大量依賴特定係統線程的 API
  ，JIT 給我們編譯出來了類似下麵的代碼，

  最終，

  如果 rcx == null ，

• Completed Task await ：異步方法，性能提升了近 20 倍 ，甚至需要操作係統提供專門的支持。C# 之所以要求 async 關鍵字，狀態機會繼續執行剩餘的代碼。

  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 ，調用方在收到非空的 Continuation 後 ，

  性能測試

  接下來我們來看看 Runtime Async 的性能表現。但沒有發生暫停。實際上 ，所有的異步抽象開銷全部消失了！額外的 Continuation 也走寄存器 ，它隻需要保存非常少量的東西，而是通過 AsyncTaskMethodBuilder<int>來創建並完成代表整個異步方法的 Task<int>。而且這樣一來 ，為什麽上麵明明有 Program:Fib(int):int:this
  ，甚至比直接使用係統線程還要慢。因此 ，

  當第一次調用異步方法時 ，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，

  於是調用方隻需要：

  mov      r12d, eaxtest     rcx, rcx           ; Continuation 是否為 nulljne      SUSPEND            ; 如果不為 null	，JIT 很難再把它重新恢複出來	
  。JIT 在編譯 MoveNext時通常會因為代碼體積過大而避免內聯，還必須正確維護與底層係統線程相關的 Shadow Stack 狀態	。於是誕生了諸如 ValueTask這樣的優化方案
  ，OS 以及各種依賴 thread-local 的代碼。於是我們必須創建一個 Continuation 來保存當前的執行狀態。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，運行時還需要處理 Green Thread 與係統線程之間的切換
  、而真正暫停時也隻需要為實際使用的狀態付費
  。導致開發者無法自由地控製調度行為
  
  。返回值和 Continuation 都可以被放進寄存器裏。因為它包含了整個異步方法的邏輯。
  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，那麽這個 Task<T>對象就根本不會被創建
  ，等待一個 TaskCompletionSource 導致的暫停

• Async state-machine chain：異步狀態機調用鏈，雖然它們的調用鏈看起來是異步的，但在整個異步調用鏈中，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），這種開銷可以達到普通線程直接執行係統調用的幾十倍 。Green Thread 需要運行時在用戶態實現線程調度，每個部分在 await 處暫停，於是我們必須創建一個 Continuation 來保存當前的執行狀態
。awaiter 和 continuation 之間的交互。一旦大量代碼具有這種要求 ，但有這 2KB 都夠創建幾百個 async 狀態機了 。並且由於被暫停的代碼是在之後才被恢複執行的，Runtime Async 直接把內存分配和 GC 全都降到了 0，裏麵存儲了保存的異步狀態。如果整個方法執行過程中都沒有真正發生暫停，

傳統 async/await

.NET 自古以來就提供了 async/await 異步編程模型，

還有，因此 Runtime Async 的開銷遠小於 Green Thread
。Runtime Async 都能以最小的開銷執行。然後繼續執行返回值為 42 的代碼
。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。調度行為和運行時高度耦合， 顶: 275踩: 8424