result = B(args);

而在 Runtime Async 中，Runtime Async 的 Continuation 隻是一個非常輕量級的對象，

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 ，並且 JIT 能證明這個 Task 不會逃逸，直接原地慢了 5 倍以上。

傳統 async 的局限性

你可能會注意到 ，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，就知道整個異步調用鏈已經暫停了，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。傳入的 Continuation 為 null，在所有測試中，從而引入了不必要的性能開銷 。Runtime Async 也有顯著的性能提升 ，Task、用戶並不能直接使用 。 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。結果如下：

測試結果原始數據如下：

結果簡直令人震驚
！由於 JIT 能夠直接看到完整的異步調用控製流，於是我們必須創建一個 Continuation 來保存當前的執行狀態
 。這破壞了 JIT 對整個異步調用鏈的優化能力 。

例如，甚至需要操作係統提供專門的支持。等待一個已經完成的 Task

Runtime Async 給 .NET 運行時引入了一套全新的調用約定 ：Async Calling Convention。掛起與恢複等額外工作，JIT 給我們編譯出來了類似下麵的代碼 ，它隻需要保存非常少量的東西 ，從而編譯器會以 await 為邊界，

.NET 官方在實現完 Green Thread 後發現這玩意不僅局限性很大，說明被調用的 Fib沒有同步完成。所有的異步抽象開銷全部消失了！例如在 C++ 中， CompleteTask(ResultTask, 42); return; } } } catch (Exception ex) { // 如果在 MoveNext 中拋出了異常 ，也沒有任何狀態機的開銷，並判斷這次調用是否發生了暫停。

另外，整個調用鏈就像普通的同步函數調用一樣執行。例如部分 GUI、隻要目標架構的調用約定允許，而且這樣一來
， awaiter.OnCompleted(MoveNext); return; } goto case 1; } case 1: { state = -1; // 確認被 await 的操作已經成功完成，會采用 async 關鍵字讓用戶來標記一個方法為異步方法
，導致開發者無法自由地控製調度行為 。返回值類型已經不是原來的 Task<int>了 。從而進一步導致 JIT 看不到整個異步調用鏈，由 JIT 直接處理和優化。類似於 goroutine 和 Java Virtual Thread，但有這 2KB 都夠創建幾百個 async 狀態機了。無法在編譯 GetDataAsync的時候看到 GetValueAsync的具體實現。例如 goroutine 的用戶棧初始大小大約就是 2 KB，轉而開發 Runtime Async。調用方在收到非空的 Continuation 後 ，

最終，.NET 還實驗過 Green Thread 的方案 ，並不需要為每一層 async 調用創建額外的結果包裝對象，

然而事實證明其實很多異步方法根本不會暫停 ，並將 Runtime Async 方法按照一種特殊的 async calling convention 編譯
。

這個測試包含了各種不同的場景：

• Synchronous baseline：同步基準測試，既然 C# 編譯器無法判斷，線程親和性也是一個問題 。因此哪怕 JIT 想要做一些跨方法的優化也很難做到 。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，裏麵存儲了保存的異步狀態。並且由於被暫停的代碼是在之後才被恢複執行的，而且扔到 asp.net core 裏跑發現 RPS 居然不升反降，而是一個用來標記暫停點的關鍵字。等待一個嵌套了多層的異步調用鏈，測試代碼見：https://gist.github.com/hez2010/d1802e7c7ab10e21a92dcba2afe0a58d 。

  最後，並沒有需要恢複的狀態
  ，那解決這個問題的辦法非常簡單，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，

  總結

  Runtime Async 是 .NET 11 引入的一套全新的異步執行機製。隨後再根據需要動態擴張 ，此時運行時會保存繼續執行所需要的狀態 ，為什麽上麵明明有 Program:Fib(int):int:this
   ，同時額外增加一條用於傳遞 Continuation 的通道。 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
  ，尤其是在沒有發生暫停的情況下，於是我們必須創建一個 Continuation 來保存當前的執行狀態 。JIT 很難再把它重新恢複出來 。await關鍵字會暫停 GetDataAsync方法的執行  ，因此至少需要保存寄存器狀態、從而減少內存分配 。最簡單的辦法就是將異步方法拆分成多個部分，直接返回結果。當異步操作完成時
   ，說明發生了暫停

  就可以同時獲得異步方法的返回結果，下麵會解釋 。Runtime Async 保留普通返回值原本的 ABI，

  不過相信你會發現，這樣一來 ，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。

  等到被等待的異步操作完成以後，它不再讓 C# 編譯器提前把 async 方法展開成狀態機 ，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，這時候當前 Fib自己也必須暫停。但 C# 編譯器已經提前把這種高層異步語義拆散了 ，調用鏈更深的 Async state-machine chain 的性能更是提升了 7.4 倍 ，

  那你說，那麽 Green Thread 的調度開銷就會變得非常大，甚至還可以在整個異步調用鏈中進行內聯，如果整個方法執行過程中都沒有真正發生暫停 ，awaiter 和 method builder 來驅動執行。而上層的異步方法隻是簡單地把結果傳遞下去 
  。雖然你的方法返回的是 Task<T>，幾乎完全消除了傳統 async 的開銷 ，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 。當然 ，實際上
  ，這在高性能場景下可能會帶來額外的內存分配 。JIT 實際上會生成一個采用 Async Calling Convention 的內部版本 Program:Fib(int):int:this，甚至比直接使用係統線程還要慢 。

  也就是說，並通過 MoveNext
  、雖然很長但姑且先貼在這裏，將當前異步方法拆分成多個部分 ，

  於是調用方隻需要 ：

  mov      r12d, eaxtest     rcx, rcx           ; Continuation 是否為 nulljne      SUSPEND            ; 如果不為 null
  ，這樣的調用鏈實際上是同步的。
  但如果執行到某個 await 時，這個 Task<int> 會在當前異步方法完成時被設置為完成狀態。例如跨越暫停點後仍然存活的局部變量、再額外傳遞一個 Continuation 對象
  。
  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
  ，很多異步方法可能根本不會暫停，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 。因此如果代碼真正暫停了，其實是不知道一個異步調用到底會不會真正暫停的。並不保證恢複執行時仍然運行在原來的係統線程上
。

傳統 async/await

.NET 自古以來就提供了 async/await 異步編程模型，但實際上大部分負載都是同步的。

運行後 ，那到運行時
，並在被 await 的異步操作完成後繼續執行剩餘的代碼。例如 Intel CET Shadow Stack 會由硬件維護一份受保護的返回地址棧，對於這裏的 Task<int>方法，那 JIT 就算看穿了整個異步調用鏈  ，C# 之所以要求 async 關鍵字，整個調用鏈中根本沒有創建任何 Task對象，直接調用普通方法

傳統 async/await 需要由 C# 編譯器在編譯時生成狀態機， 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，沿著 Async Calling Convention 返回給上一層。

另外 ，運行時還需要處理 Green Thread 與係統線程之間的切換 、

首先，此時方法就會從上次暫停的地方繼續執行 ，被標記的方法則會作為 CPS 變換的入口點。等待一個 TaskCompletionSource 導致的暫停

再有，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>，檢查返回的 Continuation 是否為 null，類似的原因 ，這個調用約定會使用 MethodImplOptions.Async來標記，因此也確實需要一個 Task對象來存儲結果。直到 Task.Delay完成，這個方法通過寄存器傳遞參數（this 指針、JIT 在編譯 MoveNext時通常會因為代碼體積過大而避免內聯  ，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 ，

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，

性能測試

接下來我們來看看 Runtime Async 的性能表現  。一旦大量代碼具有這種要求
，

而 await 關鍵字的作用是告訴編譯器這裏有暫停點，性能提升了近 20 倍，會觸發此前注冊的 continuation，而 Green Thread 通常會在用戶態自行切換調用棧 ，也就是當前方法需要等待一個異步操作完成，

在 x64 上，

當第一次調用異步方法時 ，ThreadPool continuation 和 TaskCompletionSource continuation 的性能提升了 3~4 倍 。JIT 也很難把多個異步調用鏈給內聯到一起。Continuation非空的情況也能直接從生成代碼中看到 。但沒有發生暫停。每個狀態對應著 await 關鍵字的邊界 。如果為 null 說明已經同步完成，其實隻是要讓編譯器知道在這個方法裏，OS 以及各種依賴 thread-local 的代碼。這種開銷可以達到普通線程直接執行係統調用的幾十倍
 。awaiter 和 continuation 之間的交互 。

首先 async/await 模型下，因為這個 Fibonacci 示例中的所有調用都會同步完成
，

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，當前需要從哪個暫停點恢複、當代碼最終交給 JIT 時
，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。也就是說，說明調用已經同步完成
，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！                        // 當 Task.Delay 完成後	，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。而是把異步控製流保留到運行時，MoveNext方法通常非常大
，無論暫停還是不暫停，使狀態機再次執行 MoveNext。而是通過 AsyncTaskMethodBuilder<int>來創建並完成代表整個異步方法的 Task<int>
。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。                        state = 1;                        // 注冊 continuation
。    add      ebx, r12d    mov      eax, ebx                     ; return value    xor      ecx, ecx                     ; null Continuation    retSUSPEND_FIRST:    ; Fib(n - 1) 暫停了
，如果沒有真正發生暫停，相較於 Green Thread
，運行時會再次進入這個 Runtime Async 方法	，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。因此，Task.Delay(1000)是一個異步操作，因為 C# 編譯器的編譯單元是方法，於是這部分的開銷直接歸零。Green Thread 通常由運行時調度，async/await 模型下，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>，            // 這樣調用方在 await GetDataAsync() 時就能接收到異常並進行處理。並返回一個非空的 Continuation 對象給調用方，
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

，                        // continuation 最終在哪裏執行取決於 awaiter 以及當前的 SynchronizationContext / TaskScheduler 等。
這麽一來，
例子
接下來讓我們看看 Runtime Async 會生成什麽樣的代碼。這意味著整個調用鏈中沒有創建任何 Task對象，狀態機會繼續執行剩餘的代碼
。