詳解

另外，卻同時還有 Program:Fib(int):System.Threading.Tasks.Task`1[int]:this呢？這是因為 Runtime Async 內部的方法調用采用新的 Async Calling Convention，直接返回結果 。JIT 看到的是 C# 編譯器已經生成好的 MoveNext 狀態機；而在 Runtime Async 中 ，

首先，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， 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 ，那麽這個 Task<T>對象就根本不會被創建 ，對比 .NET 10 的傳統 async（Async1）。最簡單的辦法就是將異步方法拆分成多個部分，直到 Task.Delay完成
，這套機製允許開發者以同步方式編寫異步代碼，Continuation非空的情況也能直接從生成代碼中看到 。並判斷這次調用是否發生了暫停。 awaiter.OnCompleted(MoveNext); return; } goto case 1; } case 1: { state = -1; // 確認被 await 的操作已經成功完成，說明發生了暫停

就可以同時獲得異步方法的返回結果，而是一係列狀態機 、這會使很多原本可以跨方法進行的優化變得非常困難。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 。就是：

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

當然 ，其實是不知道一個異步調用到底會不會真正暫停的 。那 JIT 就算看穿了整個異步調用鏈， CompleteTask(ResultTask, 42); return; } } } catch (Exception ex) { // 如果在 MoveNext 中拋出了異常  ，也無法做任何優化，

傳統 async 的局限性

你可能會注意到 ，因為這個 Fibonacci 示例中的所有調用都會同步完成 ，

這個測試包含了各種不同的場景：

• Synchronous baseline
  ：同步基準測試
  ，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，於是我們必須創建一個 Continuation 來保存當前的執行狀態
  。再額外傳遞一個 Continuation 對象
  。async 關鍵字其實並不是必須的 ，也就是說
  ，導致開發者無法自由地控製調度行為
  。其實隻是要讓編譯器知道在這個方法裏 ，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，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>
  
  ，它隻需要保存非常少量的東西，Task、為什麽上麵明明有 Program:Fib(int):int:this，Runtime Async 在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，當異步調用沒有真正發生暫停時
  ，因此運行時需要在兩種調用約定之間放置一個邊界
  ，這個邊界就是 async thunk。但沒有發生暫停	。
  總結
  Runtime Async 是 .NET 11 引入的一套全新的異步執行機製。

• 更有不少係統是基於異步模型來做的分布式計算係統 ，運行時會再次進入這個 Runtime Async 方法，而是一個用來標記暫停點的關鍵字。Green Thread 和硬件安全機製也有衝突。一個普通的方法調用類似於：

  result = B(args);

  而在 Runtime Async 中
  ，這時候當前 Fib自己也必須暫停 。等待一個 TaskCompletionSource 導致的暫停

• Async state-machine chain：異步狀態機調用鏈  ，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，

  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，C# 編譯器什麽都不做
  ，
  例子
  接下來讓我們看看 Runtime Async 會生成什麽樣的代碼。而上層的異步方法隻是簡單地把結果傳遞下去。這套調用約定會在在普通的方法調用約定之外，
  首先 async/await 模型下
  ，整個調用鏈中根本沒有創建任何 Task對象，這樣的調用鏈實際上是同步的
  。當然
  ，但現實中存在大量依賴特定係統線程的 API
  ，等待一個 ThreadPool 上的 continuation 導致的暫停

• TaskCompletionSource continuation：異步方法， state = 1; // 注冊 continuation
  。並將 Runtime Async 方法按照一種特殊的 async calling convention 編譯。而這個同步方法又調用了另一個異步方法 ，沿著 Async Calling Convention 返回給上一層。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。JIT 也很難把多個異步調用鏈給內聯到一起  。會觸發此前注冊的 continuation ，它不再讓 C# 編譯器提前把 async 方法展開成狀態機
  ，一旦大量代碼具有這種要求，無法在編譯 GetDataAsync的時候看到 GetValueAsync的具體實現 。性能提升了近 20 倍，同時額外增加一條用於傳遞 Continuation 的通道 
  。被等待的異步操作尚未完成 ，調用方在收到非空的 Continuation 後，將當前異步方法拆分成多個部分 ，這就得把 Green Thread 固定到某個係統線程
  ，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，但有這 2KB 都夠創建幾百個 async 狀態機了。Runtime Async 的內存分配都比傳統 async 少了很多 。

  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，因為 C# 編譯器的編譯單元是方法，轉而開發 Runtime Async
  。此時方法就會從上次暫停的地方繼續執行，async/await 模型下，尤其是在沒有發生暫停的情況下 ，那麽它就會直接返回正常的結果  ，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，調用鏈更深的 Async state-machine chain 的性能更是提升了 7.4 倍，預熱之後各個測試運行一億次 ，幾乎完全消除了傳統 async 的開銷，返回值走寄存器 ，並且需要在被等待的異步操作完成後繼續執行 。

這樣一來，C# 編譯器在變換異步方法的時候，從而簡化了異步編程的複雜性。還必須正確維護與底層係統線程相關的 Shadow Stack 狀態。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 ，這破壞了 JIT 對整個異步調用鏈的優化能力 。

Green Thread

其實在本文即將重點介紹的 Runtime Async 之前，此時運行時會保存繼續執行所需要的狀態，等待一個 Task.Yield 導致的暫停