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> ，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，當異步調用沒有真正發生暫停時，

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

result = B(args);

async Task<int> A(){     return await B();}

這樣一來，會觸發此前注冊的 continuation，再額外傳遞一個 Continuation 對象。這套機製允許開發者以同步方式編寫異步代碼，JIT 看到的是 C# 編譯器已經生成好的 MoveNext 狀態機；而在 Runtime Async 中，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 ，性能提升了近 20 倍，

不過相信你會發現，

性能測試

接下來我們來看看 Runtime Async 的性能表現
。隨後再根據需要動態擴張，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 ，並通過 MoveNext
、甚至還可以在整個異步調用鏈中進行內聯 ，結果如下：

測試結果原始數據如下：

結果簡直令人震驚！那麽當前異步調用鏈就需要暫停
。這使得其可以在整個異步調用鏈中進行跨方法的優化，整個異步方法就被拆分成了多個狀態機的狀態 ，導致開發者無法自由地控製調度行為。線程親和性也是一個問題
。async 關鍵字其實並不是必須的 ，調用鏈更深的 Async state-machine chain 的性能更是提升了 7.4 倍，

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 。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。awaiter 和 method builder 來驅動執行 。等待一個已經完成的 ValueTask

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
，
其次，額外的 Continuation 也走寄存器
，                        // 當 Task.Delay 完成後，C# 編譯器在變換異步方法的時候
，並判斷這次調用是否發生了暫停	。預熱之後各個測試運行一億次	，
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
，
也就是說	，
並且 JIT 能證明這個 Task 不會逃逸，如果 thunk 後續能夠被內聯，相較於 Green Thread
，而這個同步方法又調用了另一個異步方法	，它隻需要保存非常少量的東西
，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
。被標記的方法則會作為 CPS 變換的入口點。因為 C# 編譯器的編譯單元是方法，
然而事實證明其實很多異步方法根本不會暫停，同樣采用了 async/await 模型，同時返回一個空的 Continuation 表示整個調用鏈沒有發生暫停。
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	，
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，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	，
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
，等待一個嵌套了多層的異步調用鏈，轉而開發 Runtime Async
。於是宣布放棄 Green Thread 的實驗，
這個測試包含了各種不同的場景：
Synchronous baseline：同步基準測試	，    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;

測試目前最新的 .NET 11 每日構建版本的 Runtime Async（Async2） 
，其實隻是要讓編譯器知道在這個方法裏 ，說明調用已經同步完成 ，調用方在收到非空的 Continuation 後 ，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。雖然它們的調用鏈看起來是異步的，

除此之外，如果為 null 說明已經同步完成，甚至需要操作係統提供專門的支持 。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。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 ，而真正暫停時也隻需要為實際使用的狀態付費。C# 編譯器什麽都不做
，這時候當前 Fib自己也必須暫停 。

例子

接下來讓我們看看 Runtime Async 會生成什麽樣的代碼。而是直接返回 T的值 。被等待操作的返回值或異常狀態等等。那 JIT 就算看穿了整個異步調用鏈，被等待的異步操作尚未完成 ，Runtime Async 的內存分配都比傳統 async 少了很多 。類似於 goroutine 和 Java Virtual Thread，就存在進一步通過逃逸分析消除這次分配。這就得把 Green Thread 固定到某個係統線程 ， awaiter.OnCompleted(MoveNext); return; } goto case 1; } case 1: { state = -1; // 確認被 await 的操作已經成功完成，並且由於被暫停的代碼是在之後才被恢複執行的，檢查返回的 Continuation 是否為 null ，返回值類型已經不是原來的 Task<int>了。每個狀態對應著 await 關鍵字的邊界。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 。而是把異步控製流保留到運行時，C# 編譯器會把異步方法改寫成狀態機，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，那解決這個問題的辦法非常簡單，當然這是內部表示，沿著 Async Calling Convention 返回給上一層
。await關鍵字會暫停 GetDataAsync方法的執行，下麵會解釋 。而且這樣一來，為什麽上麵明明有 Program:Fib(int):int:this ，Green Thread 通常由運行時調度
， FailTask(ResultTask, ex); } }}

這麽一來， 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。由 JIT 直接處理和優化。JIT 也很難把多個異步調用鏈給內聯到一起
。用戶並不能直接使用。 CompleteTask(ResultTask, 42); return; } } } catch (Exception ex) { // 如果在 MoveNext 中拋出了異常，但有這 2KB 都夠創建幾百個 async 狀態機了。也就是說 ，Runtime Async 保留普通返回值原本的 ABI  ，從原來的約 300 ms 增加到約 1800 ms，

首先
，測試代碼見 ：https://gist.github.com/hez2010/d1802e7c7ab10e21a92dcba2afe0a58d 。這樣的調用鏈實際上是同步的。C# 之所以要求 async 關鍵字，

另外，一旦大量代碼具有這種要求，於是這部分的開銷直接歸零。也沒有任何狀態機的開銷，

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，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 ，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 ，返回值和 Continuation 都可以被放進寄存器裏 。說明發生了暫停

  就可以同時獲得異步方法的返回結果
  ，也沒有任何狀態機的開銷
   。掛起與恢複等額外工作，而且扔到 asp.net core 裏跑發現 RPS 居然不升反降，正常返回值和額外的 Continuation 都屬於調用約定的一部分 ，此時運行時會保存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>，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，因為它包含了整個異步方法的邏輯。由於 JIT 能夠直接看到完整的異步調用控製流，隻要目標架構的調用約定允許，於是誕生了諸如 ValueTask這樣的優化方案，JIT 給我們編譯出來了類似下麵的代碼
  ，那到運行時，例如在 C++ 中
  ，雖然 async/await 提供了簡潔的異步編程模型，Continuation非空的情況也能直接從生成代碼中看到
  。當異步操作完成時
  ，但現實中存在大量依賴特定係統線程的 API
  ，調用棧以及運行時調度所需的各種元數據
  。保存這這些東西隻需要幾十個字節	
  ，雖然很長但姑且先貼在這裏，整個調用鏈中根本沒有創建任何 Task對象
  ，Fib 的簽名仍然是 Task<int> Fib(int)。很多異步方法可能根本不會暫停，此時方法就會從上次暫停的地方繼續執行，無論暫停還是不暫停，Green Thread 需要運行時在用戶態實現線程調度
  ，執行速度跟同步方法的基線幾乎沒有差別。尤其是在沒有發生暫停的情況下，所以正常執行路徑最終隻是不斷遞歸調用，也無法做任何優化
  ，JIT 可以直接看到這個方法原始的異步控製流，那麽這個 Task<T>對象就根本不會被創建，同時額外增加一條用於傳遞 Continuation 的通道。甚至比直接使用係統線程還要慢。
  async/await 機製本質上是利用 CPS（Continuation Passing Style）變換來實現的。而是一係列狀態機
  、整個調用鏈就像普通的同步函數調用一樣執行	。這與傳統 async 的執行模型有本質區別。在用戶態實現輕量級線程，而是一個用來標記暫停點的關鍵字。Runtime Async 在沒有發生暫停的情況下，並且調用鏈越深性能提升還會越大！當然	，            // 這樣調用方在 await GetDataAsync() 時就能接收到異常並進行處理。如果失敗則會在這裏拋出異常。
  運行後	，
  再有	，幾乎完全消除了傳統 async 的開銷
  ，如果沒有真正發生暫停
  ，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
  ！因為這個 Fibonacci 示例中的所有調用都會同步完成，
  另外
  ，這個 Task<int> 會在當前異步方法完成時被設置為完成狀態。而 Green Thread 通常會在用戶態自行切換調用棧
  ，JIT 實際上會生成一個采用 Async Calling Convention 的內部版本 Program:Fib(int):int:this
  
  ，說明被調用的 Fib沒有同步完成。
  於是調用方隻需要
  ：
  mov      r12d, eaxtest     rcx, rcx           ; Continuation 是否為 nulljne      SUSPEND            ; 如果不為 null
  ，
  這麽一來，
  但如果執行到某個 await 時，ThreadPool continuation 和 TaskCompletionSource continuation 的性能提升了 3~4 倍
  
  。Runtime Async 的 Continuation 隻是一個非常輕量級的對象，實際的 C# 並不會直接操作 Task
  
  ，傳入的 Continuation 為 null，因此至少需要保存寄存器狀態、async/await 模型下
  ，
  如果 rcx == null
  	，從而避免了線程切換的開銷	。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，JIT 在編譯 MoveNext時通常會因為代碼體積過大而避免內聯
  
  ，並在函數返回時檢查普通調用棧中的返回地址是否與 Shadow Stack 一致。但 C# 編譯器已經提前把這種高層異步語義拆散了，從而引入了不必要的性能開銷	
  。當代碼最終交給 JIT 時	，但沒有發生暫停。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，因此運行時不僅需要切換普通棧指針，
  傳統 async 的局限性
  你可能會注意到
  
  ，
  而在發生暫停的情況下，因此運行時需要在兩種調用約定之間放置一個邊界，在所有測試中，
  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
  
  ，由於 Green Thread 並不是操作係統線程，
  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，因此在涉及係統調用時	，這個調用約定會使用 MethodImplOptions.Async來標記
  ，那麽它就會直接返回正常的結果
  ，而不需要先包裝到某個對象中再返回
  。				顶: 4踩: 8