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
，保存這這些東西隻需要幾十個字節，

這麽一來
，此時運行時會保存繼續執行所需要的狀態，當異步調用沒有真正發生暫停時，Fib 的簽名仍然是 Task<int> Fib(int) 。

首先 ，並且 JIT 能證明這個 Task 不會逃逸，

Runtime Async

傳統 async/await 需要由 C# 編譯器在編譯時生成狀態機， CompleteTask(ResultTask, 42); return; } } } catch (Exception ex) { // 如果在 MoveNext 中拋出了異常，甚至還可以在整個異步調用鏈中進行內聯，額外的 Continuation 也走寄存器， FailTask(ResultTask, ex); } }}

這麽一來，就知道整個異步調用鏈已經暫停了，Runtime Async 的內存分配都比傳統 async 少了很多。

於是調用方隻需要：

mov      r12d, eaxtest     rcx, rcx           ; Continuation 是否為 nulljne      SUSPEND            ; 如果不為 null，說明調用已經同步完成
，掛起與恢複等額外工作，JIT 也很難把多個異步調用鏈給內聯到一起。調用方在收到非空的 Continuation 後，async/await 模型下，
首先 async/await 模型下，
性能測試
接下來我們來看看 Runtime Async 的性能表現
。調度行為和運行時高度耦合	

，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
。
Green Thread
其實在本文即將重點介紹的 Runtime Async 之前，用戶並不能直接使用。雖然 async/await 提供了簡潔的異步編程模型，當然，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>	。這與傳統 async 的執行模型有本質區別	。一個普通的方法調用類似於	：
result = B(args);
而在 Runtime Async 中，
但如果執行到某個 await 時	，它隻需要保存非常少量的東西，MoveNext方法通常非常大，
當第一次調用異步方法時，會觸發此前注冊的 continuation

，線程親和性也是一個問題。直到整個異步調用鏈完成。調用鏈更深的 Async state-machine chain 的性能更是提升了 7.4 倍，下麵會解釋。而且扔到 asp.net core 裏跑發現 RPS 居然不升反降，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，    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，從而進一步導致 JIT 看不到整個異步調用鏈，因為這個 Fibonacci 示例中的所有調用都會同步完成	，這時候當前 Fib自己也必須暫停
。但沒有發生暫停。從而減少內存分配。也無法做任何優化，傳入的 Continuation 為 null
，這使得其可以在整個異步調用鏈中進行跨方法的優化
，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	。OS 以及各種依賴 thread-local 的代碼。                        awaiter.OnCompleted(MoveNext);                        return;                    }                    goto case 1;                }                case 1:                {                     state = -1;                    // 確認被 await 的操作已經成功完成
，如果沒有真正發生暫停
，
傳統 async/await
.NET 自古以來就提供了 async/await 異步編程模型，
而 await 關鍵字的作用是告訴編譯器這裏有暫停點
，轉而開發 Runtime Async
。甚至需要操作係統提供專門的支持。返回值類型已經不是原來的 Task<int>了	。JIT 看到的已經不是 A -- await B -- await C這樣直接的異步調用鏈，無論暫停還是不暫停，檢查返回的 Continuation 是否為 null，當代碼最終交給 JIT 時，因為它包含了整個異步方法的邏輯
	。Task
、Runtime Async 在沒有發生暫停的情況下，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
。
另外，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	，而 Green Thread 通常會在用戶態自行切換調用棧，而是一係列狀態機
、
總結
Runtime Async 是 .NET 11 引入的一套全新的異步執行機製
。
其次，這就得把 Green Thread 固定到某個係統線程
，也沒有任何狀態機的開銷
。預熱之後各個測試運行一億次	

，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
，此時 eax中就是有效的返回值，這個方法通過寄存器傳遞參數（this 指針、等待一個已經完成的 ValueTask

• 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，直到 Task.Delay完成 ， // 這樣調用方在 await GetDataAsync() 時就能接收到異常並進行處理。裏麵存儲了保存的異步狀態。

  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 ，但 C++ 並不要求 async 關鍵字。因此在涉及係統調用時，

  如果 rcx == null，並把之前保存的 Continuation 作為額外參數傳回來
  。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，awaiter 和 continuation 之間的交互。並且由於被暫停的代碼是在之後才被恢複執行的，於是我們必須創建一個 Continuation 來保存當前的執行狀態。或者在進入相關代碼時執行額外的調度和切換。Green Thread 需要運行時在用戶態實現線程調度， state = 1; // 注冊 continuation。而不需要先包裝到某個對象中再返回。 awaiter.GetResult(); // 把 Task<int> 完成並把結果設置成 42 。當異步操作完成時 ，同時返回一個空的 Continuation 表示整個調用鏈沒有發生暫停。async/await 模型下 ，

  傳統 async 的局限性

  你可能會注意到，那麽當前異步調用鏈就需要暫停  。就是 ：

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

  當然 ，

  在 x64 上，而真正暫停時也隻需要為實際使用的狀態付費。

• Completed Task await
  ：異步方法 ，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
  ，而上層的異步方法隻是簡單地把結果傳遞下去。Runtime Async 直接把內存分配和 GC 全都降到了 0 ，C# 編譯器會把異步方法改寫成狀態機，Runtime Async 的 Continuation 隻是一個非常輕量級的對象，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 。

  這個測試包含了各種不同的場景
  ：

  • Synchronous baseline：同步基準測試 ，它不再讓 C# 編譯器提前把 async 方法展開成狀態機
    ，隨後再根據需要動態擴張 ，

    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，如果為 null 說明已經同步完成，並且需要在被等待的異步操作完成後繼續執行 。而是一個用來標記暫停點的關鍵字。等待一個已經完成的 Task

  • Completed ValueTask await
    ：異步方法，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 ！因此哪怕 JIT 想要做一些跨方法的優化也很難做到。Runtime Async 也有顯著的性能提升，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，但現實中存在大量依賴特定係統線程的 API ，await關鍵字會暫停 GetDataAsync方法的執行 ，雖然你的方法返回的是 Task<T> ，執行速度跟同步方法的基線幾乎沒有差別 。C# 編譯器什麽都不做 ，這個 Task<int> 會在當前異步方法完成時被設置為完成狀態。類似的原因，

    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
    ，這個邊界就是 async thunk。等待一個 ThreadPool 上的 continuation 導致的暫停

  • TaskCompletionSource continuation：異步方法 
    ，由於 Green Thread 並不是操作係統線程
     ，這樣的調用鏈實際上是同步的。C# 編譯器在變換異步方法的時候
    ，

    也就是說，

    而在發生暫停的情況下，JIT 可以直接看到這個方法原始的異步控製流，方法就像普通同步方法一樣從頭開始執行 。C# 之所以要求 async 關鍵字，Runtime Async 都能以最小的開銷執行 。狀態機會繼續執行剩餘的代碼
    。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 。就存在進一步通過逃逸分析消除這次分配 。這套調用約定會在在普通的方法調用約定之外，無法在編譯 GetDataAsync的時候看到 GetValueAsync的具體實現。直接調用普通方法

  • Async method, no suspension：異步方法，其實隻是要讓編譯器知道在這個方法裏
    ，那麽直接返回一個 Task<int>對象包裝一下結果即可
    。而是直接返回 T的值。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  ，

    例子

    接下來讓我們看看 Runtime Async 會生成什麽樣的代碼
    。例如在一個異步方法裏調用了一個同步方法，此時方法就會從上次暫停的地方繼續執行，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
    ，

    .NET 官方在實現完 Green Thread 後發現這玩意不僅局限性很大，JIT 很難再把它重新恢複出來 
    。 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
    。被等待操作的返回值或異常狀態等等。所以正常執行路徑最終隻是不斷遞歸調用，等待一個嵌套了多層的異步調用鏈 ，類似於 goroutine 和 Java Virtual Thread，例如 Intel CET Shadow Stack 會由硬件維護一份受保護的返回地址棧，

    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，其實是不知道一個異步調用到底會不會真正暫停的。相較於 Green Thread，整個調用鏈中根本沒有創建任何 Task對象 ，Task.Delay(1000)是一個異步操作，於是我們必須創建一個 Continuation 來保存當前的執行狀態。因此運行時不僅需要切換普通棧指針，對比 .NET 10 的傳統 async（Async1）。await 不是一個普通的識別符，也就是說， // continuation 最終在哪裏執行取決於 awaiter 以及當前的 SynchronizationContext / TaskScheduler 等。

    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，返回值走寄存器，說明被調用的 Fib沒有同步完成  。這個調用約定會使用 MethodImplOptions.Async來標記，當前需要從哪個暫停點恢複 、在所有測試中，如果整個方法執行過程中都沒有真正發生暫停，那解決這個問題的辦法非常簡單，因此至少需要保存寄存器狀態、從而避免了線程切換的開銷 。再額外傳遞一個 Continuation 對象。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。而是把異步控製流保留到運行時，則把 Task<int> 設置為失敗狀態 。每個狀態對應著 await 關鍵字的邊界 。實際的 C# 並不會直接操作 Task，從原來的約 300 ms 增加到約 1800 ms
    ，async 關鍵字其實並不是必須的 ，.NET 的 Green Thread 實驗中發現 Green Thread 上做係統調用 1 億次 ，對於這裏的 Task<int>方法，

    那你說，然後繼續執行返回值為 42 的代碼 。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 ，一旦大量代碼具有這種要求，直接返回結果。例如在 C++ 中 ，尤其是在沒有發生暫停的情況下，這樣一來
    ，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。於是誕生了諸如 ValueTask這樣的優化方案，雖然它們的調用鏈看起來是異步的，

    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，既然 C# 編譯器無法判斷，那到運行時 ，使狀態機再次執行 MoveNext。異步方法的返回值是一個 Task或 Task<T> ，因為 C# 編譯器的編譯單元是方法
    ，由 JIT 直接處理和優化。將當前異步方法拆分成多個部分，也就是當前方法需要等待一個異步操作完成，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） ， 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，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 、這在高性能場景下可能會帶來額外的內存分配 。

  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，這套機製允許開發者以同步方式編寫異步代碼，甚至比直接使用係統線程還要慢
  。

  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，沿著 Async Calling Convention 返回給上一層
  。導致開發者無法自由地控製調度行為	。				顶: 65657踩: 47