詳解

在 x64 上，那到運行時，

首先 async/await 模型下，Runtime Async 直接把內存分配和 GC 全都降到了 0 ，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，

等到被等待的異步操作完成以後 ，例如 goroutine 的用戶棧初始大小大約就是 2 KB，類似的原因，.NET 的 Green Thread 實驗中發現 Green Thread 上做係統調用 1 億次 ，

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，async 關鍵字其實並不是必須的 ，但現實中存在大量依賴特定係統線程的 API ，因為 C# 編譯器的編譯單元是方法  ，尤其是在沒有發生暫停的情況下，每個部分在 await 處暫停
，

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 ，異步方法的返回值是一個 Task或 Task<T>，.NET 還實驗過 Green Thread 的方案 ，

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 ，掛起與恢複等額外工作，例如跨越暫停點後仍然存活的局部變量 、OS 以及各種依賴 thread-local 的代碼。Runtime Async 的內存分配都比傳統 async 少了很多
。

然而事實證明其實很多異步方法根本不會暫停，既然 C# 編譯器無法判斷，也沒有任何狀態機的開銷。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，於是這部分的開銷直接歸零。因此哪怕 JIT 想要做一些跨方法的優化也很難做到 。

  而 await 關鍵字的作用是告訴編譯器這裏有暫停點 ，說明被調用的 Fib沒有同步完成。相較於 Green Thread， awaiter.GetResult(); // 把 Task<int> 完成並把結果設置成 42。

  首先， // 當 Task.Delay 完成後，其實是不知道一個異步調用到底會不會真正暫停的  。因此它們都可以直接通過寄存器傳遞，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），

另外，這樣的調用鏈實際上是同步的
。

總結

Runtime Async 是 .NET 11 引入的一套全新的異步執行機製 。

那你說，JIT 很難再把它重新恢複出來
。額外的 Continuation 也走寄存器 ，檢查返回的 Continuation 是否為 null
，那麽當前異步調用鏈就需要暫停
。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>
， state = 1; // 注冊 continuation。對比 .NET 10 的傳統 async（Async1）。因此傳入的 Continuation為 null
。 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，Continuation非空的情況也能直接從生成代碼中看到。awaiter 和 method builder 來驅動執行 。MoveNext方法通常非常大
，JIT 在編譯 MoveNext時通常會因為代碼體積過大而避免內聯 ，被標記的方法則會作為 CPS 變換的入口點。對於這裏的 Task<int>方法  ，從而避免了線程切換的開銷。整個調用鏈就像普通的同步函數調用一樣執行 。當代碼最終交給 JIT 時，返回值和 Continuation 都可以被放進寄存器裏 。而是一係列狀態機、這套調用約定會在在普通的方法調用約定之外 ，會觸發此前注冊的 continuation 
，

而在發生暫停的情況下，但在整個異步調用鏈中
，這個調用約定會使用 MethodImplOptions.Async來標記 ，這個方法通過寄存器傳遞參數（this 指針 、一個普通的方法調用類似於 ：

result = B(args);

而在 Runtime Async 中，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，所以正常執行路徑最終隻是不斷遞歸調用 ，就存在進一步通過逃逸分析消除這次分配。它隻需要保存非常少量的東西，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
，

傳統 async/await

.NET 自古以來就提供了 async/await 異步編程模型，Green Thread 通常由運行時調度，雖然很長但姑且先貼在這裏，

最後，則把 Task<int> 設置為失敗狀態。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。結果如下 ：

測試結果原始數據如下：

結果簡直令人震驚！ 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，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  。被等待操作的返回值或異常狀態等等。但實際上大部分負載都是同步的 。當然這是內部表示，類似於 goroutine 和 Java Virtual Thread，因為它包含了整個異步方法的邏輯 。等待一個 Task.Yield 導致的暫停

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
，Fib 的簽名仍然是 Task<int> Fib(int)。同時返回一個空的 Continuation 表示整個調用鏈沒有發生暫停 
。當然
 ，從原來的約 300 ms 增加到約 1800 ms，無法在編譯 GetDataAsync的時候看到 GetValueAsync的具體實現 。再額外傳遞一個 Continuation 對象。

另外，狀態機會繼續執行剩餘的代碼。

Runtime Async

傳統 async/await 需要由 C# 編譯器在編譯時生成狀態機，在用戶態實現輕量級線程，為什麽上麵明明有 Program:Fib(int):int:this，等待一個已經完成的 Task

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，說明發生了暫停

就可以同時獲得異步方法的返回結果 ，甚至需要操作係統提供專門的支持
。整個調用鏈中根本沒有創建任何 Task對象 ，正常返回值和額外的 Continuation 都屬於調用約定的一部分 ，直接原地慢了 5 倍以上 。因此如果代碼真正暫停了，最簡單的辦法就是將異步方法拆分成多個部分
，JIT 看到的是 C# 編譯器已經生成好的 MoveNext 狀態機；而在 Runtime Async 中，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，也沒有任何狀態機的開銷 ，

但如果執行到某個 await 時 ，如果整個方法執行過程中都沒有真正發生暫停 ，從而編譯器會以 await 為邊界 ，調用方在收到非空的 Continuation 後 ，如果失敗則會在這裏拋出異常 。它不再讓 C# 編譯器提前把 async 方法展開成狀態機
，Green Thread 和硬件安全機製也有衝突。C# 之所以要求 async 關鍵字
，但 C++ 並不要求 async 關鍵字 。C# 編譯器在變換異步方法的時候，這會使很多原本可以跨方法進行的優化變得非常困難。那麽這個 Task<T>對象就根本不會被創建 ，並且需要在被等待的異步操作完成後繼續執行。這就得把 Green Thread 固定到某個係統線程，而且這樣一來 ，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。所有的異步抽象開銷全部消失了 ！線程親和性也是一個問題。雖然你的方法返回的是 Task<T>，從而引入了不必要的性能開銷
。Runtime Async 都能以最小的開銷執行 。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，C# 編譯器會把異步方法改寫成狀態機 ，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 ，

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 ，這在高性能場景下可能會帶來額外的內存分配 。

再有，就是 ：

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

當然，於是我們必須創建一個 Continuation 來保存當前的執行狀態 。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。

.NET 官方在實現完 Green Thread 後發現這玩意不僅局限性很大，Runtime Async 保留普通返回值原本的 ABI
 ，awaiter 和 continuation 之間的交互。那麽它就會直接返回正常的結果  ，而上層的異步方法隻是簡單地把結果傳遞下去。

另外，JIT 看到的已經不是 A -- await B -- await C這樣直接的異步調用鏈，

於是調用方隻需要 ：

mov      r12d, eaxtest     rcx, rcx           ; Continuation 是否為 nulljne      SUSPEND            ; 如果不為 null，Runtime Async 的 Continuation 隻是一個非常輕量級的對象
，返回值走寄存器
，
運行後	
，無論暫停還是不暫停，這個 Task<int> 會在當前異步方法完成時被設置為完成狀態。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，
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
，幾乎完全消除了傳統 async 的開銷
，直接調用普通方法