进程、线程、协程-优快云博客

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本文对比了进程、线程和协程在计算机中的概念、内存管理、调度开销及通信方式，强调了协程在高并发场景下的优势，尤其是在内存使用和切换效率上的特点。

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进程、线程、协程

1、对比

进程、线程、协程都是计算机中用于实现多任务的概念，它们之间有如下的区别和对比：

进程（Process）是计算机中资源分配和调度的基本单位，每个进程都有独立的内存空间，相互之间互不干扰，具有独立的执行流程和系统资源。**进程之间通信需要借助于进程间通信（IPC）的机制，如管道、信号、消息队列、共享内存等。**切换开销大。
**线程（Thread）是进程的子任务，是操作系统调度的基本单位，每个线程都共享所属进程的内存空间，**彼此之间可以共享内存和资源。**线程之间通信需要借助于同步原语（如锁、信号量等）来进行协调，以防止线程之间的竞争和冲突。**切换开销小。
**协程（Coroutine）是一种轻量级的线程，也称为用户级线程，不需要操作系统的调度，而是由程序本身控制调度。**协程具有比线程更小的上下文切换开销和更高的并发性能，因为在协程中，切换是由程序自身控制的，而不需要进行系统调用。**协程之间通信也可以使用同步原语来进行协调。**切换开销最小。

2、进程

在程序启动时，操作系统会给该程序分配一块内存空间，对于程序但看到的是一整块连续的内存空间，称为虚拟内存空间，落实到操作系统内核则是一块一块的内存碎片的东西。为的是节省内核空间，方便对内存管理。

就这片内存空间，又划分为用户空间与内核空间，**用户空间只用于用户程序的执行，若要执行各种IO操作，就会通过系统调用等进入内核空间进行操作。**每个进程都有自己的PID，可以通过ps命令查看某个进程的pid。

3、线程

线程是进程的一个执行单元，一个进程可以包含多个线程，只有拥有了线程的进程才会被CPU执行，所以一个进程最少拥有一个主线程。

由于多个线程可以共享同一个进程的内存空间，线程的创建不需要额外的虚拟内存空间，线程之间的切换也就少了如进程切换的切换页表，切换虚拟地址空间此类的巨大开销。

至于进程切换为什么较大，简单理解是因为进程切换要保存的现场太多如寄存器，栈，代码段，执行位置等，而线程切换只需要上下文切换，保存线程执行的上下文即可。线程的的切换只需要保存线程的执行现场(程序计数器等状态)保存在该线程的栈里，CPU把栈指针，指令寄存器的值指向下一个线程。相比之下线程更加轻量级。

可以说进程面向的主要内容是内存分配管理，而线程主要面向的CPU调度。

4、协程

虽然线程比进程要轻量级，但是每个线程依然占有1M左右的空间，在高并发场景下非常吃机器内存，比如构建一个http服务器，如果一个每来一次请求分配一个线程，请求数暴增容易OOM（out of memery），而且线程切换的开销也是不可忽视的。同时，线程的创建与销毁同样是比较大的系统开销，因为是由内核来做的，解决方法也有，可以通过线程池或协程来解决。

协程是用户态的线程，比线程更加的轻量级，操作系统对其没有感知，之所以没有感知是由于协程处于线程的用户栈能感知的范围，是由用户创建的而非操作系统。

Golang里的goroutine是对协程的抽象，相比于其他n-1的协程，一个协程阻塞可能会造成后续协程的阻塞，而Go中的goroutine与线程是N-M的关系，可以通过hand-off机制实现切换。