要理解非同步程式為什麼非走不可，得先弄清楚作業系統如何安排程式執行。這一節先把行程（Process）與執行緒（Thread）兩個基礎概念整理清楚，之後談 Coroutine 時才會看出它「輕量」的對比點。

行程（Process）#

行程是作業系統用來管理程式執行的最小單位之一，每一個應用程式（Application）通常對應一個行程。它具備幾個關鍵特性：

• 擁有獨立的記憶體區段：程式碼、堆積、堆疊、靜態資料各有自己的空間。
• 與其他行程隔離：A 行程不能直接讀寫 B 行程的記憶體，要溝通得透過 IPC（行程間通訊）機制。
• 由作業系統排程：誰能用 CPU、用多久，由 OS 的排程器決定。

行程的隔離性是穩定性與安全性的基礎，但也讓行程之間的切換成本較高，因為 OS 必須儲存與還原大量的上下文。

執行緒（Thread）#

執行緒是行程裡實際在 CPU 上執行的單位。一個行程可以開出多條執行緒，預設情況下會有一條主執行緒（Main Thread）。

執行緒的特性：

• 共享行程的記憶體：堆積、靜態資料是共享的，所以不同執行緒能看到彼此寫入的物件。
• 各自擁有呼叫堆疊（Call Stack）與程式計數器：函式呼叫的歷史是各自獨立的。
• 也由作業系統排程：執行緒之間切換時，OS 同樣要儲存暫存器、堆疊指標等上下文，再還原到下一條執行緒。

行程 vs 執行緒#

為什麼需要多執行緒#

回到前一節的情境：當主執行緒撞到耗時的 I/O 工作，畫面就會卡住。常見的解法是把耗時工作放到另一條執行緒去跑，讓主執行緒繼續處理畫面更新與輸入事件。

不過多執行緒不是萬靈丹：

• 共享記憶體要小心：兩條執行緒同時寫一個變數，容易出現競態（Race Condition）。
• 同步原語有成本：互斥鎖、條件變數、記憶體屏障都會付出延遲與複雜度。
• 執行緒不是無限便宜：每條執行緒都要有自己的堆疊與排程結構，建立、切換、銷毀都要花錢。

「把工作丟去別的執行緒」聽起來很直覺，但執行緒數一多，效能會被切換成本與鎖競爭吃掉。後續會看到 Coroutine 透過協同式多工避開了這層成本。

多執行緒帶來的問題預告#

下面這幾個問題，後面的章節會逐一展開：

• 寫法上：純粹的執行緒 + 回呼（Callback）會掉進回呼地獄（Callback Hell），可讀性與可維護性都差。
• 控制上：取消、中斷、逾時這些需求，在原生執行緒上不容易做得乾淨。
• 資源上：執行緒不便宜，動輒幾十萬條的場景很容易把系統打垮。

小結#

• 行程是 OS 管理的隔離執行容器，執行緒是行程裡實際被排程到 CPU 的單位。
• 多執行緒讓我們可以把耗時工作搬離主執行緒，但要付出共享記憶體與排程成本。
• 接下來我們會檢視 JVM/Kotlin 上常見的執行緒函式庫，並指出純執行緒寫法的痛點。

原文出處#

• 原書/iThome：https://ithelp.ithome.com.tw/articles/10259764
• 書本：Kotlin 小宇宙（iThome 鐵人賽系列書）