线程,进程,协程

定义

进程：进程是资源调度的最基本单位。每个进程都有自己的地址空间、内存、数据栈等，是操作系统中的资源分配单位。进程之间是相互独立的，各自拥有独立的内存空间，它们之间的通信通常需要借助进程间通信（IPC）的机制。
线程：线程是系统调度的最基本单位。一个进程可以包含多个线程。线程共享进程的地址空间和资源，但拥有独立的执行栈。线程之间可以共享数据，并且更轻量级，创建和销毁线程的开销相对较小。
协程:协程作为一种轻量级的并发单元，允许程序在执行过程中挂起和恢复，从而有效提高程序的并发性能，特别是在I/O密集型任务和高级别结构化异步编程中展现出显著优势。与线程不同，协程通常在用户态进行管理，避免了操作系统内核的介入，使得创建、切换和管理的开销大大降低。

特点

进程:

独立性：进程彼此隔离，拥有各自的地址空间、内存、文件描述符等资源。这种独立性确保了每个进程都能在不受其他进程干扰的环境下运行。

资源分配和调度：进程是操作系统进行资源分配和调度的基本单位。它们可以申请并拥有系统资源，如CPU时间和内存空间。

动态性：进程不仅描述了程序在数据集上的执行过程，还包括了数据的处理、状态的改变等动态行为。

线程:

轻量级：相比进程，线程的创建、销毁和切换的开销要小得多，这使得线程在执行过程中更加高效。
独立调度：尽管线程可以被操作系统独立调度，但其调度通常受其所属进程的控制。
共享资源：同一进程内的线程可以共享该进程的资源，如内存空间、文件句柄和全局变量等，这进一步提高了资源的利用率。
并发执行：在多核处理器上，线程能够真正实现并行执行，从而提高整体的执行效率。
上下文切换快：由于线程共享了进程的大部分资源，因此线程间的上下文切换速度要比进程间快得多。

协程

协程的特征包括轻量级、非抢占式、用户态管理、协作式多任务以及特别适用于I/O密集型任务。其组成要素有协程控制块（CCB），类似于线程控制块，用于存储协程的元数据；程序计数器，记录协程的执行状态；寄存器集合，包括局部变量和函数参数等；以及调用栈，用于存储函数调用的上下文。

状态

线程状态

新建状态：线程刚被创建，但还未开始执行。在此阶段，线程可能正在初始化其所需的资源。
就绪状态：线程已准备好运行，并已获得除CPU外的所有必要资源。它将被放入就绪队列中，等待调度器的调度。
运行状态：线程正在CPU上执行。在多线程环境中，一个线程可能会在运行状态和其他状态之间多次切换。
阻塞状态：线程因等待某些资源（如输入/输出操作、文件读写或网络通信等）而暂停执行。在此状态下，线程不会消耗CPU资源，直到它等待的事件发生。
等待状态：线程通过调用诸如wait()、LockSupport.park()等方法，主动放弃CPU资源，进入等待状态。在此状态下，线程将一直等待，直至其他线程调用notify()、notifyAll()或LockSupport.unpark(Thread)等方法唤醒它。
超时等待状态：类似于等待状态，但线程在经过指定的超时时间后会自动唤醒。这种状态通常通过调用wait(long timeout)、sleep(long millis)或LockSupport.parkNanos()、LockSupport.parkUntil()等方法实现。

终止状态：线程执行已经完全结束，可能是因为它自然到达了逻辑的终点，或是由于其他线程调用stop()方法（尽管此方法不推荐使用，因其存在安全隐患）而强制终止。
多线程模型

进程

进程在其生命周期中会经历不同的状态，如新建、就绪、运行、等待（阻塞）和终止。新建状态表示进程刚被创建；就绪状态表示进程已准备好执行；运行状态则是进程正在执行；等待状态通常是因为进程在等待某些事件（如I/
在Linux系统中，我们可以使用top和ps等工具来查看进程的状态。这些工具的输出中，S列显示了进程的不同状态，包括R、D、Z、S、I、T和X。具体来说，R状态表示进程正在CPU的就绪队列中运行或等待运行；D状态是Disk Sleep，意味着进程正在与硬件交互且该过程不可被打断；Z状态为Zombie，代表进程已经结束但资源尚未被父进程回收。而S状态则是Interruptible Sleep，表示进程因等待事件而被系统挂起。此外，I状态为Idle，指内核线程处于空闲状态，可能实际上并无任何负载；T状态为Stopped，表示进程被暂停或处于跟踪状态；X状态为Dead，意味着进程已经终止，不会在top和ps命令的输出中显示。

协程状态

协程的状态变化包括初始化、就绪和执行等阶段。在初始化阶段，协程被创建并设置好必要的初始化操作。一旦就绪，协程便等待调度器的执行机会，可能被放置在就绪队列中。当执行机会到来时，协程便开始执行，并在适当的时候可以挂起自己，让出CPU给其他协程使用。
运行（Running）：协程正在执行中。在单线程的协程调度器中，同一时刻只有一个协程处于运行状态；若在多线程环境中，协程可能被映射至线程上以实现真正的并行运行。

挂起（Suspended）：协程在执行过程中因某种原因主动或被动地暂停。这通常发生在协程等待某些事件（例如I/O操作、锁的获取等）时。挂起是协程的关键特性，它允许协程在非执行状态下释放CPU资源。

恢复（Resumed）：挂起的协程在等待的事件完成后被重新调度以继续执行。此时，协程从挂起状态转回就绪或运行状态。

完成（Completed）：协程已顺利完成其执行逻辑，不再被调度执行。此状态标志着协程生命周期的结束。

取消（Cancelled）：协程在执行过程中因外部请求而被终止，可能由于错误处理、超时或其他逻辑需求。

错误（Error）：协程在执行时遇到错误，导致无法继续执行。此状态可能需要特定的处理逻辑，如错误恢复或资源清理。

阻塞（Blocked）：协程等待某个资源或事件，但它自身无法主动挂起。这与挂起状态不同，因为阻塞状态下协程通常不能被调度器挂起。

区别

维度	进程 (Process)	线程 (Thread)	协程 (Coroutine)
地址空间	独立	共享	共享
切换者	操作系统	操作系统	用户程序
切换成本	高（µs~ms）	中（1~3 µs）	极低（< 0.2 µs）
通信方式	IPC	共享内存	共享变量
阻塞影响	只影响自己	影响进程内所有	影响同线程所有协程
创建开销	高（MB 级）	中（KB 级）	极低（KB 以内）
并行性	多核并行	多核并行	单线程内并发