进程、线程、协程（一） 相关概念归纳

进程

进程就是一个程序在一个数据集上的一次动态执行过程。进程一般由程序、数据集、进程控制块三部分组成。进程调度由操作系统控制。

进程是资源竞争的基本单位。

优点：同时利用多个cpu，能同时进行多个操作。

缺点：耗费内存空间；进程间不共享任何状态；进程通讯需要内核参与，通讯效率低；上下文进程间切换开销大

 

线程

线程也叫轻量级进程，它是一个基本的CPU执行单元，也是程序执行过程中的最小单元，由线程ID、程序计数器、寄存器集合

和堆栈共同组成。线程的引入减小了程序并发执行时的开销，提高了操作系统的并发性能。线程调度由操作系统控制。

线程是程序执行的最小单位。

优点：共享内存；上下文切换开销小；共享内存通讯效率较高

缺点：抢占资源；资源需要加锁访问

 

 

进程和线程的关系

1. 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. 资源分配给进程，同一进程的所有线程共享该进程的所有资源。
3. CPU分给线程，即真正在CPU上运行的是线程。

 

并行和并发

无论是并行还是并发，在用户看来都是'同时'运行的，而一个cpu同一时刻只能执行一个任务。

并行：同时运行，只有具备多个cpu才能实现并行。

并发：是伪并行，即看起来是同时运行，单个cpu+多道技术。也就是一个cpu在多个任务之间快速切换，但在每个时刻最多处理一个任务。

 

多道技术：内存中同时存入多道（多个）程序，cpu从一个进程快速切换到另外一个，使每个进程各自运行几十或几百毫秒，

这样，虽然在某一个瞬间，一个cpu只能执行一个任务，但在1秒内，cpu却可以运行多个进程，这就给人产生了并行的错觉，

即伪并发，以此来区分多处理器操作系统的真正硬件并行（多个cpu共享同一个物理内存）。

 

异步和同步

同步就是指一个进程在执行某个请求的时候，若该进程收不到返回的信息，那么这个进程将会一直等待下去，直到收

到返回信息才继续执行下去；

异步是指进程不需要一直等下去，而是继续执行下面的操作。当有消息返回时系统会通知进程进行处理。

 

多线程

python的多线程：由于cpython有GIL（全局解释器锁），导致同一时刻同一进程中只能有一个线程运行在一个cpu上，而不能有多个线程同时在一个cpu上运行。

 

GIL

cpython解释器要求每个线程在执行时候都需要先获取GIL，保证同一时刻只有一个线程可以执行代码，即同一时刻只有一个线程使用CPU，也就是说多线程并不是真正意义上的同时执行。

如何解决GIL锁的问题，提高效率：

• 1.更换cpython为jpython等其他解释器
• 2.使用多进程完成多线程的任务
• 3.在使用多线程可以使用c语言去实现

因为GIL的存在，只有IO Bound场景下得多线程会得到较好的性能，计算密集型的任务反而效率低下。

 

多进程

Python多线程无法利用CPU多核的优势。因此在Python开发中，我们一般使用多进程进行并行开发。multiprocessing是类似于threading模块的包，它完整的复制了一套多线程thread所提供的接口，可以更充分的利用多核资源。

 

协程

协程可以称为轻量级的线程即微线程。

在一个线程中会有很多函数，我们把这些函数称为子程序，在子程序执行过程中可以中断去执行别的子程序，而别的子程序也可以中断回来继续执行之前的子程序，这个过程就称为协程。协程调度由程序控制（即用户自己控制）。

协程拥有自己的寄存器上下文和栈。协程调度切换时，将寄存器上下文和栈保存到其他地方，在切回来的时候，恢复先前保存的寄存器上下文和栈。因此：协程能保留上一次调用时的状态（即所有局部状态的一个特定组合），每次过程重入时，就相当于进入上一次调用的状态。

优点：

　　（1）无需线程上下文切换的开销，协程避免了无意义的调度，由此可以提高性能

　　（2）无需原子操作锁定及同步的开销

　　（3）方便切换控制流，简化编程模型

缺点：

　　（1）无法利用多核资源：协程的本质是个单线程，它不能同时将 单个CPU 的多个核用上，协程需要和进程配合才能运行在多CPU上

　　（2）进行阻塞（Blocking）操作（如IO时）会阻塞掉整个程序

 

 

使用场景：

不需要实现复杂的内存共享且需利用多cpu，用多进程；

实现复杂的内存共享及IO密集型应用：多线程或协程；

实现复杂的内存共享及CPU密集型应用：协程