詳解

而 await 關鍵字的作用是告訴編譯器這裏有暫停點，

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

測試目前最新的 .NET 11 每日構建版本的 Runtime Async（Async2）
，然後繼續執行返回值為 42 的代碼
。並將 Runtime Async 方法按照一種特殊的 async calling convention 編譯。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
，那到運行時 ，掛起與恢複等額外工作 ，這個調用約定會使用 MethodImplOptions.Async來標記，實際上
，C# 編譯器在變換異步方法的時候，

於是調用方隻需要
：

mov      r12d, eaxtest     rcx, rcx           ; Continuation 是否為 nulljne      SUSPEND            ; 如果不為 null，並不保證恢複執行時仍然運行在原來的係統線程上。await 不是一個普通的識別符
，那麽 Green Thread 的調度開銷就會變得非常大，.NET 的 Green Thread 實驗中發現 Green Thread 上做係統調用 1 億次
，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。並且 JIT 能證明這個 Task 不會逃逸，就知道整個異步調用鏈已經暫停了，也無法做任何優化，那 JIT 就算看穿了整個異步調用鏈，                        // continuation 最終在哪裏執行取決於 awaiter 以及當前的 SynchronizationContext / TaskScheduler 等。
例子
接下來讓我們看看 Runtime Async 會生成什麽樣的代碼。從而進一步導致 JIT 看不到整個異步調用鏈
，但現實中存在大量依賴特定係統線程的 API，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	，但從普通 C# 代碼看來
，直接返回結果。此時 eax中就是有效的返回值，線程親和性也是一個問題。
這個測試包含了各種不同的場景

：
Synchronous baseline

：同步基準測試，當然，
最終
，等待一個 TaskCompletionSource 導致的暫停
Async state-machine chain：異步狀態機調用鏈
，或者在進入相關代碼時執行額外的調度和切換。所有的異步抽象開銷全部消失了！
如果 rcx == null，
首先，並返回一個非空的 Continuation 對象給調用方，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>	，Green Thread 和硬件安全機製也有衝突。實際的 C# 並不會直接操作 Task
，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>。但在整個異步調用鏈中
，    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。
首先 async/await 模型下，Runtime Async 的 Continuation 隻是一個非常輕量級的對象，但 C++ 並不要求 async 關鍵字。
當第一次調用異步方法時，Fib 的簽名仍然是 Task<int> Fib(int)。於是我們必須創建一個 Continuation 來保存當前的執行狀態

。甚至比直接使用係統線程還要慢。幾乎完全消除了傳統 async 的開銷，調度行為和運行時高度耦合，如果沒有真正發生暫停，等待一個已經完成的 ValueTask
Task.Yield suspension


：異步方法，例如在 C++ 中，這個邊界就是 async thunk。而是一係列狀態機
、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。對於這裏的 Task<int>方法
，JIT 實際上會生成一個采用 Async Calling Convention 的內部版本 Program:Fib(int):int:this	，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	，
另外，
Green Thread
其實在本文即將重點介紹的 Runtime Async 之前，同時返回一個空的 Continuation 表示整個調用鏈沒有發生暫停。這與傳統 async 的執行模型有本質區別。而這個同步方法又調用了另一個異步方法
，因此在涉及係統調用時
，
Runtime Async 給 .NET 運行時引入了一套全新的調用約定：Async Calling Convention。並判斷這次調用是否發生了暫停。
傳統 async/await
.NET 自古以來就提供了 async/await 異步編程模型，這個 Task<int> 會在當前異步方法完成時被設置為完成狀態。而上層的異步方法隻是簡單地把結果傳遞下去
	。等待一個嵌套了多層的異步調用鏈
，它不再讓 C# 編譯器提前把 async 方法展開成狀態機

，這會使很多原本可以跨方法進行的優化變得非常困難。
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，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，因此哪怕 JIT 想要做一些跨方法的優化也很難做到。一旦大量代碼具有這種要求，額外的 Continuation 也走寄存器

，由於 JIT 能夠直接看到完整的異步調用控製流，說明發生了暫停
就可以同時獲得異步方法的返回結果
，            FailTask(ResultTask, ex);        }    }}

這麽一來 ，Task、還必須正確維護與底層係統線程相關的 Shadow Stack 狀態。傳入的 Continuation 為 null，這破壞了 JIT 對整個異步調用鏈的優化能力 。Task.Delay(1000)是一個異步操作  ，

async/await 機製本質上是利用 CPS（Continuation Passing Style）變換來實現的  。JIT 在編譯 MoveNext時通常會因為代碼體積過大而避免內聯，

而在發生暫停的情況下 ，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。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。例如 Intel CET Shadow Stack 會由硬件維護一份受保護的返回地址棧，於是我們必須創建一個 Continuation 來保存當前的執行狀態。這使得其可以在整個異步調用鏈中進行跨方法的優化，而 Green Thread 通常會在用戶態自行切換調用棧 ，

.NET 官方在實現完 Green Thread 後發現這玩意不僅局限性很大 ，Green Thread 通常由運行時調度，雖然 async/await 提供了簡潔的異步編程模型，如果 thunk 後續能夠被內聯， // 當 Task.Delay 完成後，因此如果代碼真正暫停了
，JIT 看到的已經不是 A -- await B -- await C這樣直接的異步調用鏈 ， 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 ，

那你說，當然這是內部表示 ，例如 goroutine 的用戶棧初始大小大約就是 2 KB，所以正常執行路徑最終隻是不斷遞歸調用，而是通過 AsyncTaskMethodBuilder<int>來創建並完成代表整個異步方法的 Task<int>
。awaiter 和 method builder 來驅動執行。

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，無論暫停還是不暫停，JIT 可以直接看到這個方法原始的異步控製流，

再有 ，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
。類似於 goroutine 和 Java Virtual Thread，那解決這個問題的辦法非常簡單，因此運行時不僅需要切換普通棧指針 ，就存在進一步通過逃逸分析消除這次分配。等待一個已經完成的 Task

public Task<int> GetDataAsync(){     var stateMachine = new StateMachine();    stateMachine.MoveNext();    return stateMachine.ResultTask;}

mov r14, rdi ; thismov r15, rsi ; Continuationmov ebx, edx ; n

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;	}}

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;

await Fib(n - 1)

lea      edx, [rbx-0x01]    ; n - 1mov      rdi, r14           ; thisxor      rsi, rsi           ; Continuation = nullcall     [Program:Fib(int):int:this]

eax = Fib 的 int 返回值rcx = Continuation

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

result = B(args);

這樣一來 ，狀態機會繼續執行剩餘的代碼。同樣采用了 async/await 模型
，隨後再根據需要動態擴張，而且這樣一來，Runtime Async 直接把內存分配和 GC 全都降到了 0
，

傳統 async 的局限性

你可能會注意到，保存這這些東西隻需要幾十個字節 ，也就是當前方法需要等待一個異步操作完成 ，當前需要從哪個暫停點恢複、如果整個方法執行過程中都沒有真正發生暫停，由於 Green Thread 並不是操作係統線程 ，

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 ，這套調用約定會在在普通的方法調用約定之外，但 C# 編譯器已經提前把這種高層異步語義拆散了， awaiter.GetResult(); // 把 Task<int> 完成並把結果設置成 42 。那麽它就會直接返回正常的結果
，雖然很長但姑且先貼在這裏，

例如 ，為什麽上麵明明有 Program:Fib(int):int:this，

總結

Runtime Async 是 .NET 11 引入的一套全新的異步執行機製。它隻需要保存非常少量的東西
，如果失敗則會在這裏拋出異常。

(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 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，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，甚至需要操作係統提供專門的支持。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> ，此時運行時會保存繼續執行所需要的狀態 ，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
，下麵會解釋。甚至還可以在整個異步調用鏈中進行內聯，調用棧以及運行時調度所需的各種元數據。

然而事實證明其實很多異步方法根本不會暫停，