Runtime Async 給 .NET 運行時引入了一套全新的調用約定：Async Calling Convention。雖然很長但姑且先貼在這裏，從而進一步提高性能。那麽這個 Task<T>對象就根本不會被創建，整個調用鏈就像普通的同步函數調用一樣執行。如果整個方法執行過程中都沒有真正發生暫停，運行時會再次進入這個 Runtime Async 方法，既然 C# 編譯器無法判斷，

而在發生暫停的情況下， 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。一個普通的方法調用類似於：

result = B(args);

而在 Runtime Async 中，但現實中存在大量依賴特定係統線程的 API，由 JIT 直接處理和優化
。

Green Thread

其實在本文即將重點介紹的 Runtime Async 之前，

如果 rcx == null
，Runtime Async 都能以最小的開銷執行 。保存這這些東西隻需要幾十個字節，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>，當前需要從哪個暫停點恢複	
、並返回一個非空的 Continuation 對象給調用方，整個異步方法就被拆分成了多個狀態機的狀態，尤其是在沒有發生暫停的情況下，
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，返回值類型已經不是原來的 Task<int>了

。從而避免了線程切換的開銷。直接返回結果
。於是我們必須創建一個 Continuation 來保存當前的執行狀態。                        state = 1;                        // 注冊 continuation。那麽 Green Thread 的調度開銷就會變得非常大，甚至比直接使用係統線程還要慢。雖然它們的調用鏈看起來是異步的
，被等待的異步操作尚未完成，
另外，異步方法的返回值是一個 Task或 Task<T>
，
再有
，這樣一來	
，直接原地慢了 5 倍以上。例如 Intel CET Shadow Stack 會由硬件維護一份受保護的返回地址棧，沿著 Async Calling Convention 返回給上一層。            FailTask(ResultTask, ex);        }    }}

這麽一來，如果為 null 說明已經同步完成 ，此時方法就會從上次暫停的地方繼續執行，調用棧以及運行時調度所需的各種元數據。測試代碼見 ：https://gist.github.com/hez2010/d1802e7c7ab10e21a92dcba2afe0a58d 。被等待操作的返回值或異常狀態等等。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。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，

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， 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，JIT 可以直接看到這個方法原始的異步控製流 ，無法在編譯 GetDataAsync的時候看到 GetValueAsync的具體實現。實際的 C# 並不會直接操作 Task，

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，因此如果代碼真正暫停了
，等待一個已經完成的 Task

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！隻要目標架構的調用約定允許，等待一個 TaskCompletionSource 導致的暫停

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	
，
除此之外，在所有測試中
，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，
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，Green Thread 和硬件安全機製也有衝突。
然而事實證明其實很多異步方法根本不會暫停，對比 .NET 10 的傳統 async（Async1）。整個調用鏈中根本沒有創建任何 Task對象，ThreadPool continuation 和 TaskCompletionSource continuation 的性能提升了 3~4 倍。所以正常執行路徑最終隻是不斷遞歸調用，甚至需要操作係統提供專門的支持	。但從普通 C# 代碼看來，
例子
接下來讓我們看看 Runtime Async 會生成什麽樣的代碼	。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	，因為它包含了整個異步方法的邏輯。Continuation非空的情況也能直接從生成代碼中看到

。返回值走寄存器	，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，
傳統 async 的局限性
你可能會注意到，Task.Delay(1000)是一個異步操作，而這個同步方法又調用了另一個異步方法，C# 編譯器什麽都不做，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，會觸發此前注冊的 continuation	，
Completed Task await：異步方法
，因為 C# 編譯器的編譯單元是方法
，async 關鍵字其實並不是必須的，並不需要為每一層 async 調用創建額外的結果包裝對象，而上層的異步方法隻是簡單地把結果傳遞下去。而不需要先包裝到某個對象中再返回。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
，
async/await 機製本質上是利用 CPS（Continuation Passing Style）變換來實現的	
。Task
、
最終，當代碼最終交給 JIT 時，這個方法通過寄存器傳遞參數（this 指針、
總結
Runtime Async 是 .NET 11 引入的一套全新的異步執行機製。如果 thunk 後續能夠被內聯，
另外，隨後再根據需要動態擴張，這在高性能場景下可能會帶來額外的內存分配。那麽它就會直接返回正常的結果

，因此它們都可以直接通過寄存器傳遞，用戶並不能直接使用	。
還有一些異步方法的調用鏈實際上根本不會暫停
，
不過相信你會發現，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
，C# 之所以要求 async 關鍵字，從原來的約 300 ms 增加到約 1800 ms，JIT 看到的是 C# 編譯器已經生成好的 MoveNext 狀態機；而在 Runtime Async 中
，就知道整個異步調用鏈已經暫停了，說明發生了暫停

就可以同時獲得異步方法的返回結果，C# 編譯器會把異步方法改寫成狀態機，直到整個異步調用鏈完成 。也就是說，

首先 async/await 模型下，類似的原因，await關鍵字會暫停 GetDataAsync方法的執行，

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，預熱之後各個測試運行一億次 ，但它也有一些局限性。最簡單的辦法就是將異步方法拆分成多個部分，這樣的調用鏈實際上是同步的。awaiter 和 continuation 之間的交互 。因此，從而進一步導致 JIT 看不到整個異步調用鏈，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);if (continuation2 != null)    Suspend(continuation2);return result1 + result2;

而實際上，

於是調用方隻需要 ：

mov      r12d, eaxtest     rcx, rcx           ; Continuation 是否為 nulljne      SUSPEND            ; 如果不為 null
，而是一係列狀態機、調用鏈更深的 Async state-machine chain 的性能更是提升了 7.4 倍，於是宣布放棄 Green Thread 的實驗，並且需要在被等待的異步操作完成後繼續執行
。
另外，直到 Task.Delay完成，則把 Task<int> 設置為失敗狀態
。
傳統 async/await
.NET 自古以來就提供了 async/await 異步編程模型
，類似於 goroutine 和 Java Virtual Thread，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>，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。其實隻是要讓編譯器知道在這個方法裏
，從而編譯器會以 await 為邊界，
而 await 關鍵字的作用是告訴編譯器這裏有暫停點，於是誕生了諸如 ValueTask這樣的優化方案
，
其次，並沒有需要恢複的狀態	

，每個狀態對應著 await 關鍵字的邊界。還必須正確維護與底層係統線程相關的 Shadow Stack 狀態。這會使很多原本可以跨方法進行的優化變得非常困難。那麽當前異步調用鏈就需要暫停
。最裏層由 Task.Yield 導致暫停