进程、线程和协程：并发编程的三大支柱

最新推荐文章于 2025-12-08 12:04:40 发布

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在计算机科学中，进程、线程和协程是实现并发编程的三个核心概念。它们各有特点，适用于不同的场景。让我们深入了解每一个概念。

1. 进程（Process）

定义

进程是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位。

特点

每个进程都有自己的内存空间、数据栈以及其他资源。
进程之间是相互独立的，一个进程崩溃不会影响其他进程。
进程间通信（IPC）相对复杂且开销较大。

Python中的实现

import multiprocessing

def worker(num):
    print('Worker:', num)

if __name__ == '__main__':
    jobs = []
    for i in range(5):
        p = multiprocessing.Process(target=worker, args=(i,))
        jobs.append(p)
        p.start()

    for job in jobs:
        job.join()

适用场景

CPU密集型任务
需要隔离的任务
多核处理器上的并行计算

2. 线程（Thread）

定义

线程是进程的一个执行单元，是进程内科调度实体。一个进程至少有一个线程。

特点

同一进程下的线程共享内存空间和资源。
线程之间的通信更加容易。
线程的创建和销毁的开销比进程小。
多线程可能会遇到竞态条件和死锁问题。

Python中的实现

import threading

def worker(num):
    print('Worker:', num)

threads = []
for i in range(5):
    t = threading.Thread(target=worker, args=(i,))
    threads.append(t)
    t.start()

for thread in threads:
    thread.join()

适用场景

I/O密集型任务
需要共享数据的并发任务
响应式应用程序

3. 协程（Coroutine）

定义

协程是一种用户级的轻量级线程。它允许在单个线程内实现并发。

特点

协程的切换由程序自身控制，开销极小。
协程间的切换不需要操作系统的干预。
没有线程安全的问题，不需要加锁。
适合高并发处理场景。

Python中的实现（使用asyncio）

import asyncio

async def worker(name):
    print(f'Worker {name} starting')
    await asyncio.sleep(1)
    print(f'Worker {name} finished')

async def main():
    tasks = [asyncio.create_task(worker(f'worker-{i}')) for i in range(5)]
    await asyncio.gather(*tasks)

asyncio.run(main())

适用场景

高并发的I/O密集型任务
需要大量任务切换的场景
网络服务器

比较

特性	进程	线程	协程
定义	系统资源分配的最小单位	CPU调度的最小单位	用户态的轻量级线程
资源占用	高	中	低
切换开销	大	中	小
通信难度	困难	一般	容易
并行	可以	可以	单线程内不行
编程难度	困难	中等	相对简单
调试难度	困难	中等	相对简单