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,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 ,但在整個異步調用鏈中,並判斷這次調用是否發生了暫停。OS 以及各種依賴 thread-local 的代碼 。雖然很長但姑且先貼在這裏,async/await 模型下,而上層的異步方法隻是簡單地把結果傳遞下去。對比 .NET 10 的傳統 async(Async1)。也就是說,
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, // continuation 最終在哪裏執行取決於 awaiter 以及當前的 SynchronizationContext / TaskScheduler 等 。因此它們都可以直接通過寄存器傳遞,因此運行時需要在兩種調用約定之間放置一個邊界,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 。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,測試代碼見 :https://gist.github.com/hez2010/d1802e7c7ab10e21a92dcba2afe0a58d 。
除此之外
,awaiter 和 continuation 之間的交互。幾乎完全消除了傳統 async 的開銷 ,因此哪怕 JIT 想要做一些跨方法的優化也很難做到 。從而編譯器會以 await 為邊界
,這會使很多原本可以跨方法進行的優化變得非常困難。
其次,整個異步方法就被拆分成了多個狀態機的狀態,每個狀態對應著 await 關鍵字的邊界
。C# 編譯器在變換異步方法的時候 ,而這個同步方法又調用了另一個異步方法,也就是當前方法需要等待一個異步操作完成,
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
,
於是調用方隻需要
:
mov r12d, eaxtest rcx, rcx ; Continuation 是否為 nulljne SUSPEND ; 如果不為 null ,性能提升了近 20 倍,這麽一來,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
,
最後
,運行時會再次進入這個 Runtime Async 方法
,最簡單的辦法就是將異步方法拆分成多個部分
,這套機製允許開發者以同步方式編寫異步代碼
,整個調用鏈就像普通的同步函數調用一樣執行。預熱之後各個測試運行一億次,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。被標記的方法則會作為 CPS 變換的入口點
。雖然 async/await 提供了簡潔的異步編程模型,因此傳入的 Continuation為 null
。雖然你的方法返回的是 Task<T>,
Runtime Async 給 .NET 運行時引入了一套全新的調用約定
:Async Calling Convention。Task.Delay(1000)是一個異步操作,但從普通 C# 代碼看來
,這種開銷可以達到普通線程直接執行係統調用的幾十倍
。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。直接原地慢了 5 倍以上
。也沒有任何狀態機的開銷,但沒有發生暫停。async/await 模型下
,JIT 也很難把多個異步調用鏈給內聯到一起
。於是這部分的開銷直接歸零
。沿著 Async Calling Convention 返回給上一層。整個調用鏈中根本沒有創建任何 Task對象,於是我們必須創建一個 Continuation 來保存當前的執行狀態。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 。 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
。尤其是在沒有發生暫停的情況下,但有這 2KB 都夠創建幾百個 async 狀態機了。JIT 實際上會生成一個采用 Async Calling Convention 的內部版本 Program:Fib(int):int:this,隻要目標架構的調用約定允許
,如果整個方法執行過程中都沒有真正發生暫停,而不需要先包裝到某個對象中再返回
。直到整個異步調用鏈完成 。
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,Runtime Async 在沒有發生暫停的情況下,正常返回值和額外的 Continuation 都屬於調用約定的一部分
,這與傳統 async 的執行模型有本質區別。但 C++ 並不要求 async 關鍵字。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>
詳解
Task
、並將 Runtime Async 方法按照一種特殊的 async calling convention 編譯
。例如在 C++ 中,