协程切换时保存哪些状态？

Python协程切换时并不像线程或进程那样保存底层硬件和系统级资源，而是在用户态轻量级地捕获并维持其执行所需的全部逻辑上下文——包括字节码偏移量、局部与闭包变量值、表达式栈和块栈（如循环迭代器、异常处理上下文）、以及正在等待的awaitable对象引用；正是这些精巧封装在协程帧对象中的状态，让协程能在任意await点暂停后毫秒级精准恢复，既高效又可控，成为asyncio高并发能力的核心基石。

Python 协程切换时，主要保存的是**当前执行点的上下文状态**，而不是整个线程或进程级别的资源。核心是让协程能在暂停后准确恢复到上次离开的位置继续运行。

挂起时保存的关键状态

当 await 遇到未就绪的 awaitable（如未完成的 asyncio.sleep()、网络 I/O 等），协程会主动让出控制权。此时解释器会保存以下内容：

• 当前字节码指令偏移量（f_lasti）：记录下一条要执行的字节码位置，确保恢复后从正确位置继续；
• 局部变量和闭包变量的当前值：包括函数参数、临时变量、nonlocal 引用等，全部保留在协程对象的帧对象（frame）中；
• 表达式栈与块栈（block stack）状态：比如 for 循环的迭代器、try/except 的异常处理上下文、with 语句的上下文管理器等；
• 挂起点的 awaitable 对象引用：协程对象内部持有对正在等待的对象（如 Task、Future）的引用，用于后续回调唤醒。

不保存的内容

协程切换是用户态的轻量调度，不涉及操作系统级上下文切换，因此以下内容不会被保存或切换：

• CPU 寄存器（那是线程/进程切换才做的事）；
• 栈内存地址空间（Python 协程共享同一线程的 C 栈，靠 Python 帧对象模拟“栈”）；
• 全局解释器锁（GIL）状态（协程切换不释放 GIL，除非显式让出，如 await asyncio.sleep(0)）；
• 操作系统线程 ID、信号处理设置、文件描述符表等进程/线程专属资源。

实际表现：一个简单例子

考虑这段代码：

当执行到 await asyncio.sleep(1) 时：

• 变量 n 的当前值（比如是 3）被保留；
• 循环仍在 while 块内，块栈记录了该循环状态；
• 下一次恢复时，会从 n -= 1 开始执行（不是重新进入 while 判断），因为字节码偏移已指向该行；
• 整个 countdown 的帧对象持续存活，直到协程结束。

协程对象本身就是一个状态容器

每个 coroutine 对象（如调用 countdown(5) 返回的对象）内部封装了：

• 指向代码对象（__code__）的引用；
• 绑定的局部命名空间（通过其 cr_frame 属性可访问）；
• 当前运行状态（cr_running、cr_suspended 等）；
• 对所等待 awaitable 的引用（通过 cr_await 可查）。

这些字段共同构成可暂停、可恢复的执行状态，也是 asyncio 调度器能精确控制协程生命周期的基础。

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