一文看懂进程、线程、纤程与协程程序的本质无非是计算与状态，反映到cpu就是计算单元与寄存器。当然，寄存器太小，不够容纳所

本人没有多少js与python、kotlin的开发经验，纯粹逻辑推理+脑洞，有偏颇之处还请不吝赐教。

进程、线程、纤程、协程

程序的本质无非是计算与状态，反映到cpu就是计算单元与寄存器。当然，寄存器太小，不够容纳所有状态，所以就需要cpu缓存、内存、乃至硬盘（不作为输入，只作为存储介质）等，但这些东西本质上还是个大号的寄存器，如果寄存器容量无限的话，根本不需要这些。
程序运行过程中，有时候需要等待某些条件满足才能继续运行，为了提高cpu利用率，在这种时候，我们可以将程序的状态记录下来，切换到其他程序运行，等到等待的条件满足了，再切换回来，并恢复之前的状态继续运行。
程序运行过程中的状态主要存储在内存中，为了降低切换的开销，我们不释放内存资源（如果内存不足，可能会swap，但是生产中是不允许swap的），并将寄存器中的数据也存储在内存中。切换回来后，将数据恢复到寄存器，从之前暂停的地方继续运行。
看起来一切都很完美，直到所有程序都在等待资源。这时候，你会想，真的没有可以让cpu 干的活了吗？答案通常是否定的，每个程序里肯定还有一些可以不依赖正在等待的资源的工作。那么怎么去执行这部分任务呢？很简单，允许程序里“嵌套”程序，让“嵌套”程序去执行这些任务。最外面的程序我们通常叫“进程”，被“嵌套”的程序叫“线程”。注意，无论是”进程“还是”线程“，它们所代表的仅仅是操作系统管理计算资源的一种方式而已，它们不是计算资源本身，它们是一种数据结构，保存着程序运行的状态。包括纤程与协程，都应该这样去理解。
由于”线程“是”嵌套“在”进程“中的，所以同一进程中的线程通常与其进程共享某些资源，比如内存。所以进程还充当了管理者的角色，真正执行任务的变成了线程（可以把进程也理解为一种特殊的线程）。线程运行过程中，自然也有很多状态，而这些状态与3中描述的并无区别。
这下应该完美了，所有的程序都可以通过线程无限并发，把cpu榨干。但很不幸，问题恰恰在于，我们把cpu“榨”的太干了。我们知道，从一个线程切换到另一个线程需要保存状态，切换上下文，而这个开销在某些情况下是不容忽视的。如果我们在程序中仅仅运行几个指令就需要等待某种资源，然后切换到其他线程，在这种情况下，线程切换所耗费的资源已经远大于程序运行所耗费的资源了，很显然造成了cpu资源的浪费。为了缓解这种情况，我们可以将线程的切换在用户态完成，这就是纤程。操作系统的线程调度通常是抢占式的，而纤程通常是协作式的（来自维基百科，其实我觉得这不重要，它的特点更重要的是“用户线程”）。纤程通常实现为有栈的协程，或者叫协作式的用户线程。
协程是什么？我的理解是协程是自由的控制流。现在的编程语言，通常是通过方法调用去实现流程控制的，方法调用有调用者与被调用者的区别，而且方法执行完成后控制权必须返回调用者；而协程间的相互“调用”是“对称”的，方法调用可以认为是协程的一种特例。协程与方法的关系就如同jmp与call的关系，前者是更本质的东西，后者只是在前者的基础上进行了一些定制化包装。
协程如何实现？想要实现控制权的自由转换，并不是一件容易的事，它意味着必须管理好每个协程的状态。目前市面上的协程实现五花八门，这里举几个比较热门的语言中的协程实现。
- js与python中的async/await都是Function对象或者lambda函数的语法糖，本质上还是方法调用，只是将以前需要写的callback换成了await，提高了代码可读性，性能方面并无提高。
- kotlin与js/python类似，主要还是利用lambda函数调用，但是支持在某些特殊情况下，将协程在线程间转移（本质就是多线程模型，需要执行的任务没有上下文依赖等限制），可以理解是将单线程模型下的协程与多线程模型结合起来了。性能上相对于多线程模型也没有啥优势。
- goroutine可能更应该称作用户线程，因为已经支持抢占了，而且是有栈的，这意味着可以从任意协程切换到其他任意协程，这使得在多处理器间调度成为可能。
  
  Revisiting Coroutines[5] published in 2009 proposed term Full Coroutine to denote one that supports first-class coroutine and is stackful.
  
  ”goroutine“才是“full coroutine”。java的virtual thread也是与goroutine类似的实现，也是”full coroutine”。这种协程其实更像是纤程。由于协程调度在用户态，开销比系统的线程调度小得多，所以对于那些可能会频繁切换线程的系统，使用协程可以大幅提高性能。比如在Javaweb领域，主要使用阻塞的servlet模型，每个servlet需要绑定一个线程，所以在用户请求很多的情况下，会有很多的cpu资源用来切换线程了。如果用协程模型，这些切换只需要在用户态即可完成，大大降低了资源消耗。进一步的，将类似功能的协程运行在相同的线程上，还可以提高缓存命中率。