进程、线程与协程

• 2020.06.16

进程

直观点说，保存在硬盘上的程序运行以后，会在内存空间里形成一个独立的内存体，这个内存体有自己独立的地址空间，有自己的堆，既不共享堆，也不共享栈，上级挂靠单位是操作系统。操作系统会以进程为单位，分配系统资源（CPU时间片、内存等资源），进程是资源分配的最小单位。

因此进程的创建和销毁都是相对于操作系统的资源，所以是一种比较昂贵的操作。

进程主要有三种状态:

1. 等待态: 等待某个事件的完成。

2. 就绪态: 等待系统分配处理器以便运行。

3. 运行态: 占有处理器正在运行。

进程是抢占式的争夺CPU运行自身,而CPU单核的情况下同一时间只能执行一个进程的代码，但是多进程的实现则是通过CPU飞快的切换不同进程，因此看起来就像是多个进程在同时进行。

TIP

由于进程间是隔离的，各自拥有自己的内存和资源，因此相对于线程比较安全，所以不同进程之间的通信只能通过IPC(Inter-Process Communication)进行通信共享。

IPC的通信主要涉及到如下，这里不进行详细的解释:

• 管道(Pipe)
• 命名管道(FIFO)
• 消息队列(Message Queue)
• 信号量(Semaphore)
• 共享内存（Shared Memory）
• 套接字（Socket）。

线程

线程从属于进程，共享进程的内存地址空间，有时被称为轻量级进程(Lightweight Process，LWP），是操作系统调度（CPU调度）执行的最小单位

进程和线程的区别与联系

区别

1. 进程是系统分配资源的最小单位, 线程是CPU调度的最小单位。

2. 不仅进程之间可以并发执行，同一个进程的多个线程之间也可并发执行

3. 进程是拥有资源的一个独立单位，线程不拥有系统资源，但可以访问隶属于进程的资源。进程所维护的是程序所包含的资源（静态资源）， 如：地址空间，打开的文件句柄集，文件系统状态，信号处理handler等；线程所维护的运行相关的资源（动态资源），如：运行栈，调度相关的控制信息，待处理的信号集等；

4. 在创建或撤消进程时，由于系统都要为之分配和回收资源，导致系统的开销明显大于创建或撤消线程时的开销。但是进程有独立的地址空间，一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其它进程产生影响，而线程只是一个进程中的不同执行路径。线程有自己的堆栈和局部变量，但线程之间没有单独的地址空间，一个进程死掉就等于所有的线程死掉，所以多进程的程序要比多线程的程序健壮，但在进程切换时，耗费资源较大，效率要差一些。

联系

1. 线程是进程内部的资源,共享进程的内存地址空间,一个线程只能属于一个进程，而一个进程可以有多个线程，但至少有一个线程。

2. 由于默认进程内只有一个线程，所以多核CPU处理多进程就行是一个进程一个核心。

3. 线程在执行过程中，需要协作同步。不同进程的线程间要利用消息通信的办法实现同步。

协程

协程是属于线程的。协程的程序是在线程里面跑的。因此协程又称作微线程和纤程等。

协程没有线程的上下文切换消耗。协程的调度是用户手动切换的，因此更加灵活，不会出现执行一半的代码被强制中断，无需原子操作锁。

协程的特点在于是一个线程执行，那和多线程比，协程有何优势？

• 极高的执行效率：因为子程序切换不是线程切换，而是由程序自身控制，因此，没有线程切换的开销，和多线程比，线程数量越多，协程的性能优势就越明显；

• 不需要多线程的锁机制：因为只有一个线程，也不存在同时写变量冲突，在协程中控制共享资源不加锁，只需要判断状态就好了，所以执行效率比多线程高很多。