什么是進(jìn)程和線程

有一定基礎(chǔ)的小伙伴們肯定都知道進(jìn)程和線程远搪。

進(jìn)程是什么呢？

直白地講逢捺，進(jìn)程就是應(yīng)用程序的啟動(dòng)實(shí)例谁鳍。比如我們運(yùn)行一個(gè)游戲，打開一個(gè)軟件劫瞳，就是開啟了一個(gè)進(jìn)程倘潜。

進(jìn)程擁有代碼和打開的文件資源、數(shù)據(jù)資源志于、獨(dú)立的內(nèi)存空間涮因。

線程又是什么呢？

線程從屬于進(jìn)程伺绽，是程序的實(shí)際執(zhí)行者养泡。一個(gè)進(jìn)程至少包含一個(gè)主線程，也可以有更多的子線程奈应。

線程擁有自己的椑窖冢空間。

有人給出了很好的歸納：

對操作系統(tǒng)來說杖挣，線程是最小的執(zhí)行單元肩榕，進(jìn)程是最小的資源管理單元。

無論進(jìn)程還是線程惩妇，都是由操作系統(tǒng)所管理的点把。

Java中線程具有五種狀態(tài)：

初始化

可運(yùn)行

運(yùn)行中

阻塞

銷毀

這五種狀態(tài)的轉(zhuǎn)化關(guān)系如下：

但是，線程不同狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)化是誰來實(shí)現(xiàn)的呢屿附？是JVM嗎？

并不是哥童。JVM需要通過操作系統(tǒng)內(nèi)核中的TCB（Thread Control Block）模塊來改變線程的狀態(tài)挺份，這一過程需要耗費(fèi)一定的CPU資源。

進(jìn)程和線程的痛點(diǎn)

線程之間是如何進(jìn)行協(xié)作的呢贮懈？

最經(jīng)典的例子就是生產(chǎn)者/消費(fèi)者模式：

若干個(gè)生產(chǎn)者線程向隊(duì)列中寫入數(shù)據(jù)匀泊，若干個(gè)消費(fèi)者線程從隊(duì)列中消費(fèi)數(shù)據(jù)。

這段代碼做了下面幾件事：

1.定義了一個(gè)生產(chǎn)者類朵你，一個(gè)消費(fèi)者類各聘。

2.生產(chǎn)者類循環(huán)100次，向同步隊(duì)列當(dāng)中插入數(shù)據(jù)抡医。

3.消費(fèi)者循環(huán)監(jiān)聽同步隊(duì)列躲因，當(dāng)隊(duì)列有數(shù)據(jù)時(shí)拉取數(shù)據(jù)早敬。

4.如果隊(duì)列滿了（達(dá)到5個(gè)元素），生產(chǎn)者阻塞大脉。

5.如果隊(duì)列空了搞监，消費(fèi)者阻塞。

上面的代碼正確地實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)者/消費(fèi)者模式镰矿，但是卻并不是一個(gè)高性能的實(shí)現(xiàn)琐驴。為什么性能不高呢？原因如下：

1.涉及到同步鎖秤标。

2.涉及到線程阻塞狀態(tài)和可運(yùn)行狀態(tài)之間的切換绝淡。

3.涉及到線程上下文的切換。

以上涉及到的任何一點(diǎn)苍姜，都是非常耗費(fèi)性能的操作牢酵。

這個(gè)時(shí)候我們的主角 攜程，安老帧Ｗ旅薄！屈嗤！ 不對不是這個(gè)攜程潘拨，是協(xié)程！Ｈ暮拧铁追！ 就要登場了。

協(xié)程茫船，英文Coroutines琅束，是一種比線程更加輕量級的存在。正如一個(gè)進(jìn)程可以擁有多個(gè)線程一樣算谈，一個(gè)線程也可以擁有多個(gè)協(xié)程涩禀。協(xié)程的調(diào)度完全由用戶控制。協(xié)程擁有自己的寄存器上下文和棧然眼。協(xié)程調(diào)度切換時(shí)艾船，將寄存器上下文和棧保存到其他地方，在切回來的時(shí)候高每，恢復(fù)先前保存的寄存器上下文和棧屿岂，直接操作棧則基本沒有內(nèi)核切換的開銷，可以不加鎖的訪問全局變量鲸匿，所以上下文的切換非骋常快。協(xié)程與線程主要區(qū)別是它將不再被內(nèi)核調(diào)度带欢，而是交給了程序自己而線程是將自己交給內(nèi)核調(diào)度运授，所以也不難理解golang中調(diào)度器的存在烤惊。

最重要的是，協(xié)程不是被操作系統(tǒng)內(nèi)核所管理徒坡，而完全是由程序所控制（也就是在用戶態(tài)執(zhí)行）撕氧。

這樣帶來的好處就是性能得到了很大的提升，不會(huì)像線程切換那樣消耗資源喇完。

這段代碼十分簡單伦泥，即使沒用過python的小伙伴應(yīng)該也能基本看懂。

代碼中創(chuàng)建了一個(gè)叫做consumer的協(xié)程锦溪，并且在主線程中生產(chǎn)數(shù)據(jù)不脯，協(xié)程中消費(fèi)數(shù)據(jù)。

其中yield?是python當(dāng)中的語法刻诊。當(dāng)協(xié)程執(zhí)行到y(tǒng)ield關(guān)鍵字時(shí)防楷，會(huì)暫停在那一行，等到主線程調(diào)用send方法發(fā)送了數(shù)據(jù)则涯，協(xié)程才會(huì)接到數(shù)據(jù)繼續(xù)執(zhí)行复局。

但是，yield讓協(xié)程暫停粟判，和線程的阻塞是有本質(zhì)區(qū)別的亿昏。協(xié)程的暫停完全由程序控制，線程的阻塞狀態(tài)是由操作系統(tǒng)內(nèi)核來進(jìn)行切換档礁。

因此角钩，協(xié)程的開銷遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于線程的開銷。

協(xié)程的應(yīng)用

有哪些編程語言應(yīng)用到了協(xié)程呢呻澜？我們舉幾個(gè)栗子：

Lua語言

Lua從5.0版本開始使用協(xié)程递礼，通過擴(kuò)展庫coroutine來實(shí)現(xiàn)。

Python語言

正如剛才所寫的代碼示例羹幸，python可以通過 yield/send 的方式實(shí)現(xiàn)協(xié)程脊髓。在python 3.5以后，?async/await 成為了更好的替代方案栅受。

Go語言

Go語言對協(xié)程的實(shí)現(xiàn)非常強(qiáng)大而簡潔供炼，可以輕松創(chuàng)建成百上千個(gè)協(xié)程并發(fā)執(zhí)行。

Java語言

如上文所說窘疮，Java語言并沒有對協(xié)程的原生支持，但是某些開源框架模擬出了協(xié)程的功能冀墨，有興趣的小伙伴可以看一看Kilim框架的源碼：

https://github.com/kilim/kilim