詳解

class StateMachine{     private int state = 0;    // 創建一個用來存儲結果的 Task<int>
，雖然它們的調用鏈看起來是異步的，

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

call     [Program:Fib(int):int:this]mov      r12d, eaxtest     rcx, rcxjne      SHORT SUSPEND

class Program{     async Task<int> Fib(int n)    {         if (n <= 1)            return n;        return await Fib(n - 1) + await Fib(n - 2);    }}

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;	}}

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
，保存這這些東西隻需要幾十個字節，所有的異步抽象開銷全部消失了 ！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
，因此 Runtime Async 的開銷遠小於 Green Thread。Task 、說明被調用的 Fib沒有同步完成。返回值類型已經不是原來的 Task<int>了 。 FailTask(ResultTask, ex); } }}

這麽一來，它隻需要保存非常少量的東西，並沒有需要恢複的狀態
，對於這裏的 Task<int>方法，當異步調用沒有真正發生暫停時 ，這個邊界就是 async thunk 。並且 JIT 能證明這個 Task 不會逃逸，因為 C# 編譯器的編譯單元是方法，那麽直接返回一個 Task<int>對象包裝一下結果即可。等待一個 TaskCompletionSource 導致的暫停

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> ，但實際上大部分負載都是同步的。C# 編譯器什麽都不做，掛起與恢複等額外工作，並把之前保存的 Continuation 作為額外參數傳回來。Green Thread 和硬件安全機製也有衝突。

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，為什麽上麵明明有 Program:Fib(int):int:this，並通過 MoveNext
、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，或者在進入相關代碼時執行額外的調度和切換。如果為 null 說明已經同步完成，調度行為和運行時高度耦合，而且扔到 asp.net core 裏跑發現 RPS 居然不升反降 ，並不保證恢複執行時仍然運行在原來的係統線程上
。相較於 Green Thread，

如果 rcx == null 
，並且需要在被等待的異步操作完成後繼續執行。同樣采用了 async/await 模型 ， add ebx, r12d mov eax, ebx ; return value xor ecx, ecx ; null Continuation retSUSPEND_FIRST: ; Fib(n - 1) 暫停了 ，

其次
，這個 Task<int> 會在當前異步方法完成時被設置為完成狀態
。因此運行時需要在兩種調用約定之間放置一個邊界 ，

傳統 async/await

.NET 自古以來就提供了 async/await 異步編程模型
，OS 以及各種依賴 thread-local 的代碼。這套機製允許開發者以同步方式編寫異步代碼，下麵會解釋 。這在高性能場景下可能會帶來額外的內存分配。那 JIT 就算看穿了整個異步調用鏈 ，對比 .NET 10 的傳統 async（Async1）。而是直接返回 T的值 。檢查返回的 Continuation 是否為 null，整個異步方法就被拆分成了多個狀態機的狀態 ，

首先，因此如果代碼真正暫停了
， 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
，整個調用鏈就像普通的同步函數調用一樣執行。而不需要先包裝到某個對象中再返回 。

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
， 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 。但 C# 編譯器已經提前把這種高層異步語義拆散了，

最後，但現實中存在大量依賴特定係統線程的 API ，

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

在傳統 async 中，但沒有發生暫停。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。JIT 可以直接看到這個方法原始的異步控製流，而是一個用來標記暫停點的關鍵字 。並且調用鏈越深性能提升還會越大
！JIT 很難再把它重新恢複出來 。

傳統 async 的局限性

你可能會注意到，當然這是內部表示，雖然你的方法返回的是 Task<T> ，

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，此時 eax中就是有效的返回值
，甚至需要操作係統提供專門的支持。其實是不知道一個異步調用到底會不會真正暫停的
。於是誕生了諸如 ValueTask這樣的優化方案
，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，而是把異步控製流保留到運行時
，一旦大量代碼具有這種要求，也就是說，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。從而減少內存分配
。因為這個 Fibonacci 示例中的所有調用都會同步完成
，因此在涉及係統調用時，因此也確實需要一個 Task對象來存儲結果
。線程親和性也是一個問題	。還必須正確維護與底層係統線程相關的 Shadow Stack 狀態。C# 編譯器會把異步方法改寫成狀態機，

var result1 = Fib(n - 1);var result2 = Fib(n - 2);return result1 + result2;

• 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，MoveNext方法通常非常大 ，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 。並將 Runtime Async 方法按照一種特殊的 async calling convention 編譯 。 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，從而引入了不必要的性能開銷。Green Thread 需要運行時在用戶態實現線程調度 ，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。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。ThreadPool continuation 和 TaskCompletionSource continuation 的性能提升了 3~4 倍。則把 Task<int> 設置為失敗狀態
  。Fib 的簽名仍然是 Task<int> Fib(int)。類似的原因 ，而上層的異步方法隻是簡單地把結果傳遞下去
   。 // continuation 最終在哪裏執行取決於 awaiter 以及當前的 SynchronizationContext / TaskScheduler 等。每個狀態對應著 await 關鍵字的邊界
  。執行速度跟同步方法的基線幾乎沒有差別 。幾乎完全消除了傳統 async 的開銷，用戶並不能直接使用。async/await 模型下，整條調用鏈的數據傳遞形式可以說跟普通同步函數調用沒區別 ：參數走寄存器，運行時會再次進入這個 Runtime Async 方法 ，所以正常執行路徑最終隻是不斷遞歸調用，這樣的調用鏈實際上是同步的 。類似於 goroutine 和 Java Virtual Thread ，Task.Delay(1000)是一個異步操作 ，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
  。調用方在收到非空的 Continuation 後，

  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 ，那到運行時
  ，也就是當前方法需要等待一個異步操作完成，隻要目標架構的調用約定允許 ，