进程、线程和协程有什么区别

什么是进程和线程

有一定基础的小伙伴们肯定都知道进程和线程。

   

进程是什么呢？

直白地讲，进程就是应用程序的启动实例。比如我们运行一个游戏，打开一个软件，就是开启了一个进程。

进程拥有代码和打开的文件资源、数据资源、独立的内存空间。

有人会认为，要提升CPU的利用率，可以开多个进程，但是开多个进程的话，进程间通讯是个比较麻烦的事情（进程之间地址空间是独立的，需要通过其他方式，例如：管道来解决）

相反，线程之间是可以实现数据共享的，因为线程之间使用的是同一个地址空间。

 

线程又是什么呢？

线程又叫做轻量级进程，是CPU调度的最小单位，线程从属于进程，是程序的实际执行者。

一个进程至少包含一个主线程，也可以有更多的子线程。

多个线程共享所属进程的资源，同时线程也拥有自己的专属资源、拥有自己的栈空间

线程间通信主要通过共享内存，上下文切换很快，资源开销较少，但相比进程不够稳定容易丢失数据

线程和进程一样都是由操作系统的调度器来统一调度，线程本身的数据结构需要占用内存，频繁创建和销毁线程会加大系统的压力。另外，线程太多，系统调度的开销也会增大。

基于上面的情况，提出了线程池解决方案，在初始化的时候批量创建线程，然后用户后续通过队列等方式提交业务逻辑，线程池中的线程进行逻辑的消费工作，这样就可以在操作的过程中降低线程创建和销毁的开销，但是调度的开销还是存在的。

 

有人给出了很好的归纳：

对操作系统来说，线程是最小的执行单元，进程是最小的资源管理单元。

 

在多核场景下，如果是I/O密集型场景，就算开多个线程来处理，也未必能提升CPU的利用率，反而会增加线程切换的开销。另外，多线程之间假如存在临界区或者共享数据，那么同步的开销也是不可忽视的。

协程，正好可以解决上面的相关问题。

 

 

这个时候我们的主角 协程 就要登场了。

协程，英文Coroutines，是一种比线程更加轻量级的存在。正如一个进程可以拥有多个线程一样，一个线程也可以拥有多个协程。协程的调度完全由用户控制。协程拥有自己的寄存器上下文和栈。协程调度切换时，将寄存器上下文和栈保存到其他地方，在切回来的时候，恢复先前保存的寄存器上下文和栈，直接操作栈则基本没有内核切换的开销，可以不加锁的访问全局变量，所以上下文的切换非常快。协程与线程主要区别是它将不再被内核调度，而是交给了程序自己而线程是将自己交给内核调度，所以也不难理解golang中调度器的存在。

 

 

 

协程

定义：协程是轻量级线程。

在一个用户线程上可以跑多个协程，这样就提高了单核的利用率。协程不像进程或者线程，可以让系统负责相关的调度工作，协程是处于一个线程中，系统是无感知的，所以需要在该线程中阻塞某个协程的话，就需要手工进行调度。

• 协程是一种用户态的轻量级线程，协程的调度完全由用户控制。
• 一个线程可以拥有多个协程，协程不是被操作系统内核所管理，而完全是由程序所控制。
• 与其让操作系统调度，不如我自己来，这就是协程

 

 要在用户线程上实现协程是一件很难受的事情，原理类似于调度器根据条件的改变不停地调用各个协程的callback机制，但是前提是大家都在一个用户线程下。要注意，一旦有一个协程阻塞，其他协程也都不能运行了。因此要处理好协程。

最重要的是，协程不是被操作系统内核所管理，而完全是由程序所控制（也就是在用户态执行）。

这样带来的好处就是性能得到了很大的提升，不会像线程切换那样消耗资源。

这段代码十分简单，即使没用过python的小伙伴应该也能基本看懂。

代码中创建了一个叫做consumer的协程，并且在主线程中生产数据，协程中消费数据。

其中yield 是python当中的语法。当协程执行到yield关键字时，会暂停在那一行，等到主线程调用send方法发送了数据，协程才会接到数据继续执行。

但是，yield让协程暂停，和线程的阻塞是有本质区别的。协程的暂停完全由程序控制，线程的阻塞状态是由操作系统内核来进行切换。

因此，协程的开销远远小于线程的开销。

协程的应用

有哪些编程语言应用到了协程呢？我们举几个栗子：

Lua语言

Lua从5.0版本开始使用协程，通过扩展库coroutine来实现。

 

Python语言

正如刚才所写的代码示例，python可以通过 yield/send 的方式实现协程。在python 3.5以后， async/await 成为了更好的替代方案。

Go语言

Go语言对协程的实现非常强大而简洁，可以轻松创建成百上千个协程并发执行。

 

Java语言

如上文所说，Java语言并没有对协程的原生支持，但是某些开源框架模拟出了协程的功能，有兴趣的小伙伴可以看一看Kilim框架的源码：

 

总结：

多进程的出现是为了提升CPU的利用率，特别是I/O密集型运算，不管是多核还是单核，开多个进程必然能有效提升CPU的利用率。而多线程则可以共享同一进程地址空间上的资源，为了降低线程创建和销毁的开销，又出现了线程池的概念，最后，为了提升用户线程的最大利用效率，又提出了协程的概念。

 

通信方式：

 

 

线程的生命周期
创建：线程从创建到被cpu执行之前的这个阶段。
就绪：指线程已具备各种执行条件，一旦获取cpu便可执行。
运行：表示线程正获得cpu在运行。
阻塞：指线程在执行中因某件事而受阻，处于暂停执行的状态，阻塞的线程不会去竞争cpu。
终止：线程执行完毕，接下来会释放线程占用的资源。

 

 

进程调度算法