C++20协程通过用户态调度机制实现了轻量级并发，其核心原理在于将传统线程的阻塞式等待转化为协作式任务切换。与操作系统线程相比，协程的调度完全由程序员控制，避免了内核态切换的开销。每个协程通过编译器生成的状态机管理执行流程，其关键组件包括协程帧（coroutine frame）、Promise对象和Awaiter接口。协程帧存储在堆上，仅保存局部变量和指令指针等必要状态，内存占用通常为线程栈的1/30。当遇到co_await挂起点时，协程会调用Awaiter接口的await_suspend方法保存状态，并交出控制权给调度器；待异步任务完成后，通过promise.resume()恢复执行。这种机制使得单个线程可承载数万协程，特别适合I/O密集型场景，如网络请求处理中，传统线程池需要为每个连接分配线程，而协程只需在等待数据时挂起，资源利用率提升显著。协程的协作式调度还避免了线程的竞态条件问题，但需注意对称转移（symmetric transfer）可能导致的栈溢出风险，需通过尾调用优化或std::noop_coroutine规避。 协程的底层实现依赖编译器生成的状态机代码，其核心流程可分为三个关键阶段：初始化、挂起与恢复。当协程函数被调用时，编译器会隐式创建Promise对象和协程帧，前者负责管理协程生命周期，后者存储局部变量和指令指针。以网络请求为例，当协程执行到co_await async_operation()时，编译器生成的代码会调用Awaiter接口的await_suspend方法，将协程帧地址传递给调度器并挂起当前协程；此时线程可自由执行其他任务，避免了传统线程的阻塞等待。异步操作完成后，通过promise.resume()触发恢复流程，调度器将协程帧加载回寄存器，从挂起点继续执行。这种机制使得协程切换成本仅需用户态函数调用，而传统线程切换涉及内核态上下文保存，耗时增加约10倍。编译器还会自动处理异常传播，若协程抛出异常，Promise对象的unhandled_exception()会被调用，确保资源正确释放。值得注意的是，协程帧的分配策略直接影响性能，采用自定义分配器或内存池可减少堆碎片，实测显示优化后任务切换延迟可降低至0.02ms。