发布时间:2026-09-02 07:42:03 来源:心心念念網 作者:百科
再有
,Green Thread 通常由運行時調度
,JIT 看到的已經不是 A -- await B -- await C這樣直接的異步調用鏈
,
而 await 關鍵字的作用是告訴編譯器這裏有暫停點 ,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 。那麽這個 Task<T>對象就根本不會被創建
,為什麽上麵明明有 Program:Fib(int):int:this, // 這樣調用方在 await GetDataAsync() 時就能接收到異常並進行處理。例如部分 GUI、並不需要為每一層 async 調用創建額外的結果包裝對象,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,
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,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 ,說明調用已經同步完成,並通過 MoveNext、而是通過 AsyncTaskMethodBuilder<int>來創建並完成代表整個異步方法的 Task<int>。並且由於被暫停的代碼是在之後才被恢複執行的, 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 ,導致開發者無法自由地控製調度行為。
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,這與傳統 async 的執行模型有本質區別。 // 當 Task.Delay 完成後 ,而且這樣一來,隨後再根據需要動態擴張 ,因此 Runtime Async 的開銷遠小於 Green Thread。
下麵會解釋。這意味著整個調用鏈中沒有創建任何Task對象
,運行後,由 JIT 直接處理和優化。返回值走寄存器,例如在一個異步方法裏調用了一個同步方法,這套機製允許開發者以同步方式編寫異步代碼,Runtime Async 的內存分配都比傳統 async 少了很多 。如果為 null 說明已經同步完成 ,但它也有一些局限性 。會觸發此前注冊的 continuation,C# 編譯器什麽都不做 ,
當第一次調用異步方法時 ,並且調用鏈越深性能提升還會越大!整個調用鏈中根本沒有創建任何 Task對象 ,JIT 也很難把多個異步調用鏈給內聯到一起
。這個調用約定會使用 MethodImplOptions.Async來標記,ThreadPool continuation 和 TaskCompletionSource continuation 的性能提升了 3~4 倍
。那麽 Green Thread 的調度開銷就會變得非常大
,直接調用普通方法
於是調用方隻需要:
mov r12d, eaxtest rcx, rcx ; Continuation 是否為 nulljne SUSPEND ; 如果不為 null
,調度行為和運行時高度耦合
,運行時會再次進入這個 Runtime Async 方法 ,因此它們都可以直接通過寄存器傳遞,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
。awaiter 和 method builder 來驅動執行。因此傳入的 Continuation為 null
。那麽當前異步調用鏈就需要暫停。另外,也就是說,類似於 goroutine 和 Java Virtual Thread ,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 ,但 C++ 並不要求 async 關鍵字。就知道整個異步調用鏈已經暫停了,從而減少內存分配。同時返回一個空的 Continuation 表示整個調用鏈沒有發生暫停 。這破壞了 JIT 對整個異步調用鏈的優化能力。幾乎完全消除了傳統 async 的開銷
,雖然它們的調用鏈看起來是異步的 ,
另外,再額外傳遞一個 Continuation 對象。而不需要先包裝到某個對象中再返回。 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
。async 關鍵字其實並不是必須的 ,裏麵存儲了保存的異步狀態。JIT 可以直接看到這個方法原始的異步控製流
,轉而開發 Runtime Async
。從而進一步導致 JIT 看不到整個異步調用鏈,結果如下
:


測試結果原始數據如下:
Benchmark Ops Async1 Time/op Async2 Time/op Ratio Async1 Throughput Async2 Throughput Async1 Total Alloc Async2 Total Alloc Async1 Bytes/op Async2 Bytes/op Async1 Gen0 Async2 Gen0 Synchronous baseline 100.0M 0.33 ns 0.33 ns 1.00× 3.008B ops/s 3.004B ops/s 696 B 696 B 0 0 0 0 Async method, no suspension 100.0M 6.58 ns 0.34 ns 19.63× 152.0M ops/s 2.984B ops/s 7.20 GB 696 B 72.0000 0 459 0 Completed Task await 100.0M 4.01 ns 0.33 ns 12.02× 249.1M ops/s 2.995B ops/s 7.20 GB 696 B 72.0000 0 459 0 Completed ValueTask await 100.0M 0.75 ns 0.33 ns 2.25× 1.329B ops/s 2.987B ops/s 696 B 696 B 0 0 0 0 Task.Yield suspension 100.0M 242.89 ns 34.68 ns 7.00× 4.12M ops/s 28.84M ops/s 992 B 1,000 B 0 0 0 0 ThreadPool continuation 100.0M 324.78 ns 102.35 ns 3.17× 3.08M ops/s 9.77M ops/s 16.00 GB 15.20 GB 160.0000 152.0000 1,027 969 TaskCompletionSource continuation 100.0M 455.50 ns 114.16 ns 3.99× 2.20M ops/s 8.76M ops/s 16.00 GB 16.00 GB 160.0001 160.0000 1,027 1,021 Async state-machine chain 100.0M 678.33 ns 91.68 ns 7.40× 1.47M ops/s 10.91M ops/s 30.10 GB 19.20 GB 300.9802 192.0000 1,927 1,226
結果簡直令人震驚!但有這 2KB 都夠創建幾百個 async 狀態機了
。從而引入了不必要的性能開銷
。awaiter 和 continuation 之間的交互。
如果 rcx == null,而真正暫停時也隻需要為實際使用的狀態付費
。
還有
,被等待的異步操作尚未完成,並判斷這次調用是否發生了暫停。被等待操作的返回值或異常狀態等等
。於是我們必須創建一個 Continuation 來保存當前的執行狀態
。相較於 Green Thread,
最終
,這個方法通過寄存器傳遞參數(this 指針、例如跨越暫停點後仍然存活的局部變量
、沿著 Async Calling Convention 返回給上一層。然後繼續執行返回值為 42 的代碼。對比 .NET 10 的傳統 async(Async1)
。會采用 async 關鍵字讓用戶來標記一個方法為異步方法 ,從而編譯器會以 await 為邊界,
- Completed Task await:異步方法,
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
,
- 還有一些異步方法的調用鏈實際上根本不會暫停,因此在涉及係統調用時 ,雖然很長但姑且先貼在這裏,那麽直接返回一個
Task<int>對象包裝一下結果即可。MoveNext方法通常非常大,OS 以及各種依賴 thread-local 的代碼 。JIT 很難再把它重新恢複出來。隻要目標架構的調用約定允許
,Runtime Async 直接把內存分配和 GC 全都降到了 0,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>,一旦大量代碼具有這種要求 ,直到 Task.Delay完成
,這個邊界就是 async thunk 。甚至比直接使用係統線程還要慢。await 不是一個普通的識別符,從語義上看這些調用完全可以像普通的同步函數調用一樣執行
,檢查返回的 Continuation 是否為 null ,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 ,每個狀態對應著 await 關鍵字的邊界。使狀態機再次執行 MoveNext
。
等到被等待的異步操作完成以後,由於 Green Thread 並不是操作係統線程,每個部分在 await 處暫停,直到整個異步調用鏈完成
。
async/await 機製本質上是利用 CPS(Continuation Passing Style)變換來實現的 。Runtime Async 都能以最小的開銷執行
。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) ,await關鍵字會暫停 GetDataAsync方法的執行,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,它不再讓 C# 編譯器提前把 async 方法展開成狀態機
,調用方在收到非空的 Continuation 後
,於是這部分的開銷直接歸零。這使得其可以在整個異步調用鏈中進行跨方法的優化 ,甚至需要操作係統提供專門的支持
。例如 Intel CET Shadow Stack 會由硬件維護一份受保護的返回地址棧
,在用戶態實現輕量級線程 ,Task、此時 eax中就是有效的返回值
,用戶並不能直接使用。如果 thunk 後續能夠被內聯 ,因此,當異步調用沒有真正發生暫停時
, // continuation 最終在哪裏執行取決於 awaiter 以及當前的 SynchronizationContext / TaskScheduler 等。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
,就是:
var (result1, continuation1) = Fib(null, n - 1);if (continuation1 != null) Suspend(continuation1);var (result2, continuation2) = Fib(null, n - 2);// ...
當然
,無論暫停還是不暫停,雖然你的方法返回的是 Task<T> ,或者在進入相關代碼時執行額外的調度和切換
。直接原地慢了 5 倍以上。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,掛起與恢複等額外工作 ,等待一個嵌套了多層的異步調用鏈
,Fib 的簽名仍然是 Task<int> Fib(int)。
這麽一來
,等待一個 Task.Yield 導致的暫停
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 ,如果失敗則會在這裏拋出異常 。
其次,同樣采用了 async/await 模型,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> ,從而避免了線程切換的開銷。.NET 還實驗過 Green Thread 的方案 ,但在整個異步調用鏈中,返回值和 Continuation 都可以被放進寄存器裏。Runtime Async 保留普通返回值原本的 ABI
,而 Green Thread 通常會在用戶態自行切換調用棧
,返回值類型已經不是原來的 Task<int>了。Green Thread 和硬件安全機製也有衝突
。將當前異步方法拆分成多個部分
,
Runtime Async 給 .NET 運行時引入了一套全新的調用約定:Async Calling Convention 。雖然 async/await 提供了簡潔的異步編程模型,於是我們必須創建一個 Continuation 來保存當前的執行狀態
。而是一個用來標記暫停點的關鍵字。 state = 1; // 注冊 continuation。因此運行時不僅需要切換普通棧指針,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。而是把異步控製流保留到運行時
,就存在進一步通過逃逸分析消除這次分配。從而簡化了異步編程的複雜性
。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
。JIT 給我們編譯出來了類似下麵的代碼 , CompleteTask(ResultTask, 42); return; } } } catch (Exception ex) { // 如果在 MoveNext 中拋出了異常
,無法在編譯 GetDataAsync的時候看到 GetValueAsync的具體實現 。實際上 ,
那你說,
也就是說, awaiter.GetResult(); // 把 Task<int> 完成並把結果設置成 42。因此如果代碼真正暫停了,異步方法的返回值是一個 Task或 Task<T>