线程切换和协程切换的开销差异主要源于它们在操作系统层面的实现机制以及上下文保存的内容不同。以下是详细原因：
1. 内核态 vs 用户态
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线程切换：
大多数操作系统线程（如内核线程）的调度由内核管理。切换时需要从用户态切换到内核态，由内核完成上下文保存和恢复（寄存器、程序计数器、栈指针等），然后再返回用户态。这种特权级切换（用户态↔内核态）会触发CPU模式切换，消耗较多资源。 -
协程切换：
协程（用户态线程）的调度完全在用户空间完成，无需内核介入。切换时只需保存/恢复用户态的上下文（如寄存器、栈），不涉及特权级切换，因此开销极低。
2. 上下文保存的范围
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线程切换：
需要保存完整的线程上下文，包括：-
CPU寄存器（通用寄存器、浮点寄存器等）
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线程栈（内核栈和用户栈）
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内存映射信息（页表等）
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内核状态（如信号掩码、调度优先级等）
这些操作通常需要数百到数千个CPU周期。
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协程切换：
只需保存必要的用户态寄存器和协程私有栈（如局部变量），且协程栈通常更小。上下文保存可能仅需几十个CPU周期。
3. 调度开销
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线程调度：
内核调度器需要维护全局线程队列，考虑优先级、时间片、负载均衡等复杂策略，可能引发缓存失效（CPU缓存的数据因切换而失效）。 -
协程调度：
由应用程序自行控制（如协作式调度），通常采用非抢占式策略，切换时机明确（如yield），无需复杂调度算法，且更容易保持CPU缓存的热度。
4. 资源竞争与同步
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线程切换：
多线程可能竞争共享资源（如锁），导致频繁的系统调用（如futex）或内核介入，进一步增加开销。 -
协程切换：
协程通常通过事件循环或消息传递通信，减少竞争，切换时无需加锁。
5. 实际性能对比
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线程切换：
在Linux中，一次线程切换约消耗 1~10微秒（取决于CPU和负载）。 -
协程切换：
如Go语言的goroutine或C++的协程，切换仅需 0.1~1微秒，甚至更低。
为什么协程更高效？总结：
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免去内核介入：用户态调度无特权级切换。
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轻量级上下文：仅保存必要寄存器，不涉及内存管理等内核状态。
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协作式调度：减少不必要的抢占和缓存失效。
适用场景：
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线程：需要利用多核并行、处理阻塞操作（如文件I/O）。
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协程：高并发I/O密集型任务（如网络服务），需要数万级并发时。
通过这种设计，协程在单线程内实现了极高的并发效率，而线程更适合真正的并行计算。
