一疫鹊、進(jìn)程

進(jìn)程是系統(tǒng)中資源分配和運(yùn)行調(diào)度的單位，在對(duì)資源的共享和競爭中司致，進(jìn)程間會(huì)相互制約拆吆。從結(jié)構(gòu)上講，每個(gè)進(jìn)程都由程序脂矫、數(shù)據(jù)和一個(gè)進(jìn)程控制塊（Process Control Block, PCB）組成枣耀。

也可以理解為一個(gè)具有一定獨(dú)立功能的程序關(guān)于某個(gè)數(shù)據(jù)集合的一次運(yùn)行活動(dòng)，是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度運(yùn)行的基本單位庭再。

• 進(jìn)程是操作系統(tǒng)對(duì)一個(gè)正在運(yùn)行的程序的一種抽象結(jié)構(gòu)捞奕。
• 進(jìn)程是指在操作系統(tǒng)中能獨(dú)立運(yùn)行并作為資源分配的基本單位，由一組機(jī)器指令拄轻、數(shù)據(jù)和堆棧等組成的能獨(dú)立運(yùn)行的活動(dòng)實(shí)體颅围。
• 操作系統(tǒng)可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)進(jìn)程，多個(gè)進(jìn)程直接可以并發(fā)執(zhí)行和交換信息恨搓。
• 進(jìn)程在運(yùn)行是需要一定的資源院促，如CPU筏养、存儲(chǔ)空間和I/O設(shè)備等。

1常拓、進(jìn)程的重要特征

進(jìn)程最基本的特征是并發(fā)和共享特征

• 1. 動(dòng)態(tài)特征：進(jìn)程對(duì)應(yīng)于程序的運(yùn)行渐溶，動(dòng)態(tài)產(chǎn)生、消亡弄抬，在其生命周期中進(jìn)程也是動(dòng)態(tài)的茎辐、
• 2. 并發(fā)特征：任何進(jìn)程都可以同其他進(jìn)程一起向前推進(jìn)
• 3. 獨(dú)立特征：進(jìn)程是相對(duì)完整的調(diào)度單位，可以獲得CPU掂恕，參與并發(fā)執(zhí)行
• 4. 交往特征：一個(gè)進(jìn)程在執(zhí)行過程中可與其他進(jìn)程產(chǎn)生直接或間接關(guān)系
• 5. 異步特征：每個(gè)進(jìn)程都以相對(duì)獨(dú)立拖陆、不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)
• 6. 結(jié)構(gòu)特征：每個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)PCB作為他的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

2、進(jìn)程的狀態(tài)與轉(zhuǎn)換

1. 進(jìn)程的三種基本狀態(tài)

• a. 運(yùn)行狀態(tài)：獲得CPU的進(jìn)程處于此狀態(tài)竹海，對(duì)應(yīng)的程序在CPU上運(yùn)行著
• b. 阻塞狀態(tài)：為了等待某個(gè)外部事件的發(fā)生（如等待I/O操作的完成慕蔚，等待另一個(gè)進(jìn)程發(fā)來消息），暫時(shí)無法運(yùn)行斋配。也成為等待狀態(tài)
• c. 就緒狀態(tài)：具備了一切運(yùn)行需要的條件孔飒，由于其他進(jìn)程占用CPU而暫時(shí)無法運(yùn)行

2. 進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換

• a. 運(yùn)行狀態(tài) ===> 阻塞狀態(tài)：例如正在運(yùn)行的進(jìn)程提出I/O請(qǐng)求朝聋，由運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)化為阻塞狀態(tài)
• b. 阻塞狀態(tài) ===> 就緒狀態(tài)：例如I/O操作完成之后暖释，由阻塞狀態(tài)轉(zhuǎn)化為就緒狀態(tài)
• c. 就緒狀態(tài) ===> 運(yùn)行狀態(tài)：例如就緒狀態(tài)的進(jìn)程被進(jìn)程調(diào)度程序選中，分配到CPU中運(yùn)行脆栋，由就緒狀態(tài)轉(zhuǎn)化為運(yùn)行狀態(tài)
• d. 運(yùn)行狀態(tài) ===> 就緒狀態(tài)：處于運(yùn)行狀態(tài)的進(jìn)程的時(shí)間片用完甩卓，不得不讓出CPU鸠匀，由運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)化為就緒狀態(tài)

3. 進(jìn)程的類型

• a. 系統(tǒng)進(jìn)程：操作系統(tǒng)用來管理資源的進(jìn)程，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)程處于運(yùn)行態(tài)時(shí)逾柿，CPU處于管態(tài)缀棍，系統(tǒng)之間的關(guān)系由操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)
• b. 用戶進(jìn)程：操作系統(tǒng)可以獨(dú)立執(zhí)行的的用戶程序段，當(dāng)用戶進(jìn)程處于運(yùn)行態(tài)時(shí)机错，CPU處于目態(tài)爬范，用戶進(jìn)程之間的關(guān)系由用戶負(fù)責(zé)

二、線程概念

在一個(gè)程序里的一個(gè)執(zhí)行路線就叫做線程（thread）弱匪。更準(zhǔn)確的定義是：線程是“一個(gè)進(jìn)程內(nèi)部的
控制序列”青瀑。一切進(jìn)程至少都有一個(gè)執(zhí)行線程。

線程是程序中一個(gè)單一的順序控制流程萧诫。進(jìn)程內(nèi)有一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的斥难、可調(diào)度的執(zhí)行單元，是系統(tǒng)獨(dú)立調(diào)度和分派CPU的基本單位指令運(yùn)行時(shí)的程序的調(diào)度單位帘饶。在單個(gè)程序中同時(shí)運(yùn)行多個(gè)線程完成不同的工作哑诊，稱為多線程。

• 線程比進(jìn)程更輕量
• 線程能獨(dú)立運(yùn)行及刻，獨(dú)立調(diào)度搭儒，擁有資源（一般是CPU資源穷当，程序計(jì)數(shù)器等）
• 線程調(diào)度能大幅度減小調(diào)度的成本（相對(duì)于進(jìn)程來說），線程的切換不會(huì)引起進(jìn)程的切換
• 線程的引入進(jìn)一步提高了操作系統(tǒng)的并發(fā)性淹禾，線程能并發(fā)執(zhí)行
• 同一個(gè)進(jìn)程的多個(gè)線程共享進(jìn)程的資源（省去了資源調(diào)度現(xiàn)場保護(hù)的很多工作）

1、多線程中的三個(gè)核心概念

并發(fā)編程三個(gè)問題：原子性問題茴扁，可見性問題铃岔，有序性問題。

多線程同步是指多個(gè)線程訪問鎖定的代碼段時(shí)峭火，必須按照每個(gè)線程獲取該代碼段鎖的順序執(zhí)行毁习。

1.1、原子性

這一點(diǎn)卖丸，跟數(shù)據(jù)庫事務(wù)的原子性概念差不多纺且，即一個(gè)操作（有可能包含有多個(gè)子操作）要么全部執(zhí)行（生效），要么全部都不執(zhí)行（都不生效）稍浆。

1.2载碌、可見性

可見性是指，當(dāng)多個(gè)線程并發(fā)訪問共享變量時(shí)衅枫，一個(gè)線程對(duì)共享變量的修改嫁艇，其它線程能夠立即看到∠伊茫可見性問題是好多人忽略或者理解錯(cuò)誤的一點(diǎn)步咪。

CPU從主內(nèi)存中讀數(shù)據(jù)的效率相對(duì)來說不高，現(xiàn)在主流的計(jì)算機(jī)中益楼，都有幾級(jí)緩存猾漫。每個(gè)線程讀取共享變量時(shí)，都會(huì)將該變量加載進(jìn)其對(duì)應(yīng)CPU的高速緩存里感凤，修改該變量后悯周，CPU會(huì)立即更新該緩存，但并不一定會(huì)立即將其寫回主內(nèi)存（實(shí)際上寫回主內(nèi)存的時(shí)間不可預(yù)期）俊扭。此時(shí)其它線程（尤其是不在同一個(gè)CPU上執(zhí)行的線程）訪問該變量時(shí)队橙，從主內(nèi)存中讀到的就是舊的數(shù)據(jù)，而非第一個(gè)線程更新后的數(shù)據(jù)萨惑。

這一點(diǎn)是操作系統(tǒng)或者說是硬件層面的機(jī)制捐康，所以很多應(yīng)用開發(fā)人員經(jīng)常會(huì)忽略。

1.3庸蔼、順序性

順序性指的是解总，程序執(zhí)行的順序按照代碼的先后順序執(zhí)行。

2姐仅、線程安全

線程安全：就是多線程訪問時(shí)花枫，采用了加鎖機(jī)制刻盐，當(dāng)一個(gè)線程訪問該類的某個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，進(jìn)行保護(hù)劳翰，其他線程不能進(jìn)行訪問直到該線程讀取完敦锌，其他線程才可使用。不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致或者數(shù)據(jù)污染佳簸。

線程不安全：就是不提供數(shù)據(jù)訪問保護(hù)乙墙，有可能出現(xiàn)多個(gè)線程先后更改數(shù)據(jù)造成所得到的數(shù)據(jù)是臟數(shù)據(jù)。

只要線程之間沒有共享資源生均，那么就是線程安全的听想，有共享資源，為了保證線程安全马胧，需要引進(jìn)鎖的機(jī)制汉买。

編寫線程安全的代碼，核心在于要對(duì)狀態(tài)訪問操作進(jìn)行管理佩脊，特別是對(duì)共享的（Shared）和可變的（Mutable）狀態(tài)的訪問蛙粘。對(duì)象的狀態(tài)是指存儲(chǔ)在狀態(tài)變量（實(shí)例或靜態(tài)域）中的數(shù)據(jù)。對(duì)象的狀態(tài)還可能包括其他依賴對(duì)象的域邻吞。（Map.Entry）

進(jìn)程調(diào)度可以很好的控制資源分配组题，線程調(diào)度讓進(jìn)程內(nèi)部不因某個(gè)操作阻塞而整體阻塞。協(xié)程則是在用戶態(tài)來優(yōu)化程序抱冷，讓程序員以寫同步代碼的方式寫出異步代碼般的效率崔列。

三、協(xié)程

關(guān)于協(xié)程旺遮，你可能看的最多的就是這樣一句話“協(xié)程就是用戶態(tài)的輕量級(jí)的線程”.

要理解是什么是“用戶態(tài)的線程”赵讯，必然就要先理解什么是“內(nèi)核態(tài)的線程”。 內(nèi)核態(tài)的線程是由操作系統(tǒng)來進(jìn)行調(diào)度的耿眉，在切換線程上下文時(shí)边翼，要先保存上一個(gè)線程的上下文，然后執(zhí)行下一個(gè)線程鸣剪，當(dāng)條件滿足時(shí)组底，切換回上一個(gè)線程，并恢復(fù)上下文筐骇。 協(xié)程也是如此债鸡，只不過，用戶態(tài)的線程不是由操作系統(tǒng)來調(diào)度的铛纬，而是由程序員來調(diào)度的厌均，是在用戶態(tài)的。

• 協(xié)程是用戶模式下的輕量級(jí)線程告唆，操作系統(tǒng)內(nèi)核對(duì)協(xié)程一無所知
• 協(xié)程的調(diào)度完全有應(yīng)用程序來控制棺弊，操作系統(tǒng)不管這部分的調(diào)度
• 一個(gè)線程可以包含一個(gè)或多個(gè)協(xié)程
• 協(xié)程擁有自己的寄存器上下文和棧晶密，協(xié)程調(diào)度切換時(shí)，將寄存器上下紋和棧保存起來模她，在切換回來時(shí)恢復(fù)先前保運(yùn)的寄存上下文和棧
• 協(xié)程能保留上一次調(diào)用時(shí)的狀態(tài)稻艰，看到這里各種生成器（生成器是被閹割的協(xié)程）的概念浮現(xiàn)出來了。侈净。
• Windows下的實(shí)現(xiàn)叫纖程

3.1连锯、實(shí)現(xiàn)一個(gè)用戶態(tài)線程有兩個(gè)必須要處理的問題：

• 一是碰著阻塞式I\O會(huì)導(dǎo)致整個(gè)進(jìn)程被掛起；
• 二是由于缺乏時(shí)鐘阻塞用狱，進(jìn)程需要自己擁有調(diào)度線程的能力。

如果一種實(shí)現(xiàn)使得每個(gè)線程需要自己通過調(diào)用某個(gè)方法拼弃，主動(dòng)交出控制權(quán)夏伊。那么我們就稱這種用戶態(tài)線程是協(xié)作式的，即是協(xié)程吻氧。

3.2溺忧、為什么要用協(xié)程，協(xié)程有助于以下實(shí)現(xiàn)

• 狀態(tài)機(jī)：在一個(gè)子例程里實(shí)現(xiàn)狀態(tài)機(jī)盯孙，這里狀態(tài)由該過程當(dāng)前的出口／入口點(diǎn)確定鲁森；這可以產(chǎn)生可讀性更高的代碼。
• 角色模型：并行的角色模型振惰，例如計(jì)算機(jī)游戲歌溉。每個(gè)角色有自己的過程（這又在邏輯上分離了代碼），但他們自愿地向順序執(zhí)行各角色過程的中央調(diào)度器交出控制（這是合作式多任務(wù)的一種形式）骑晶。
• 產(chǎn)生器：它有助于輸入／輸出和對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的通用遍歷痛垛。

四、程序桶蛔，進(jìn)程匙头，線程這三者之間的關(guān)系？

進(jìn)程是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)用的獨(dú)立單位仔雷，每一個(gè)進(jìn)程蹂析，都由它自己的內(nèi)存空間和系統(tǒng)資源；線程是進(jìn)程的執(zhí)行單元碟婆，執(zhí)行路徑电抚，線程也是程序使用CPU的最基本單位。

簡單來說脑融，一程序可以調(diào)用多個(gè)進(jìn)程喻频，比如一個(gè)視頻播放器程序，里面就存在兩個(gè)進(jìn)程：一個(gè)是播放視頻的進(jìn)程肘迎，一個(gè)是下載上傳視頻的進(jìn)程甥温。

一個(gè)進(jìn)程又同時(shí)調(diào)用多個(gè)線程锻煌，這個(gè)線程是隱藏的，用進(jìn)程管理器看不到姻蚓，可用其它的進(jìn)程管理軟件來查看宋梧。

三者的邏輯關(guān)系是程序調(diào)用進(jìn)程，進(jìn)程調(diào)用線程狰挡，一般來說程序下面都是多進(jìn)程捂龄，不同的進(jìn)程分工不同；進(jìn)程下面也基本上是多線程的加叁。

4.1倦沧、進(jìn)程和線程的區(qū)別

• 進(jìn)程是資源競爭的基本單位
• 線程是程序執(zhí)行的最小單位
• 線程共享進(jìn)程數(shù)據(jù)，但也擁有?自?己的一部分?jǐn)?shù)據(jù)它匕。

4.2展融、線程和協(xié)程的區(qū)別

一旦創(chuàng)建完線程，你就無法決定他什么時(shí)候獲得時(shí)間片豫柬，什么時(shí)候讓出時(shí)間片了告希，你把它交給了內(nèi)核。而協(xié)程編寫者可以有一是可控的切換時(shí)機(jī)烧给，二是很小的切換代價(jià)燕偶。從操作系統(tǒng)有沒有調(diào)度權(quán)上看，協(xié)程就是因?yàn)椴恍枰M(jìn)行內(nèi)核態(tài)的切換础嫡，所以會(huì)使用它指么。

三種調(diào)度的技術(shù)雖然有相似的地方，但并不沖突驰吓。進(jìn)程調(diào)度可以很好的控制資源分配涧尿，線程調(diào)度讓進(jìn)程內(nèi)部不因某個(gè)操作阻塞而整體阻塞。協(xié)程則是在用戶態(tài)來優(yōu)化程序檬贰，讓程序員以寫同步代碼的方式寫出異步代碼般的效率姑廉。

五、PHP的TSRM

線程安全資源管理器(Thread Safe Resource Manager)翁涤，這是個(gè)嘗嘗被忽視桥言，并很少被人說起的“層”(layer), 她在PHP源碼的/TSRM目錄下。

PHP實(shí)現(xiàn)的線程安全主要是使用TSRM機(jī)制對(duì) 全局變量和靜態(tài)變量進(jìn)行了隔離葵礼，將全局變量和靜態(tài)變量給每個(gè)線程都復(fù)制了一份号阿，各線程使用的都是主線程的一個(gè)備份，從而避免了變量沖突鸳粉，也就不會(huì)出現(xiàn)線程安全問題扔涧。

PHP對(duì)多線程的封裝保證了線程安全，程序員不用考慮對(duì)全局變量加各種鎖來避免讀寫沖突了，同時(shí)也減少了出錯(cuò)的機(jī)會(huì)枯夜，寫出的代碼更加安全弯汰。

但由此導(dǎo)致的是，子線程一旦開始運(yùn)行湖雹，主線程便無法再對(duì)子線程運(yùn)行細(xì)節(jié)進(jìn)行調(diào)整了咏闪，線程一定程度上失去了線程之間通過全局變量進(jìn)行消息傳遞的能力。

同時(shí)PHP開啟線程安全選項(xiàng)后摔吏，使用TSRM機(jī)制分配和使用變量時(shí)也會(huì)有額外的損耗鸽嫂，所以在不需要多線程的PHP環(huán)境中，使用PHP的ZTS（非線程安全） 版本就好征讲。

六据某、參考

1、進(jìn)程诗箍，線程哗脖，協(xié)程
2、Java進(jìn)階（二）當(dāng)我們說線程安全時(shí)扳还，到底在說什么
3、線程橱夭，線程安全與python的GIL鎖
4氨距、并發(fā)基礎(chǔ)知識(shí) — 線程安全性
5、PHP的生成器棘劣、yield和協(xié)程
6俏让、PHP中被忽略的性能優(yōu)化利器：生成器
7、在PHP中使用協(xié)程實(shí)現(xiàn)多任務(wù)調(diào)度
8茬暇、多線程編程 - PHP 實(shí)現(xiàn)
9首昔、PHP 進(jìn)階之路 - 揭開 PHP 線程安全的神秘面紗
10、進(jìn)程詳解（1）——可能是最深入淺出的進(jìn)程學(xué)習(xí)筆記
11糙俗、操作系統(tǒng) - 進(jìn)程的概念
12勒奇、進(jìn)程、線程巧骚、協(xié)程
13赊颠、進(jìn)程 線程 協(xié)程 管程 纖程 概念對(duì)比理解