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  • 进程、线程与协程

    进程、线程和协程是三个在多任务处理中常听到的概念,三者各有区别又相互联系。

    进程

    进程,直观点说,保存在硬盘上的程序运行以后,会在内存空间里形成一个独立的内存体,这个内存体有自己独立的地址空间,有自己的堆,上级挂靠单位是操作系统。操作系统会以进程为单位,分配系统资源(CPU时间片、内存等资源),进程是资源分配的最小单位。

    线程

    线程,有时被称为轻量级进程(Lightweight Process,LWP),是操作系统调度(CPU调度)执行的最小单位

    进程 线程的区别和联系

    区别:

    • 调度:线程作为调度和分配的基本单位,进程作为拥有资源的基本单位;

    • 并发性:不仅进程之间可以并发执行,同一个进程的多个线程之间也可并发执行;

    • 拥有资源:进程是拥有资源的一个独立单位,线程不拥有系统资源,但可以访问隶属于进程的资源。进程所维护的是程序所包含的资源(静态资源), 如:地址空间,打开的文件句柄集,文件系统状态,信号处理handler等;线程所维护的运行相关的资源(动态资源),如:运行栈,调度相关的控制信息,待处理的信号集等;

    • 系统开销:在创建或撤消进程时,由于系统都要为之分配和回收资源,导致系统的开销明显大于创建或撤消线程时的开销。但是进程有独立的地址空间,一个进程崩溃后,在保护模式下不会对其它进程产生影响,而线程只是一个进程中的不同执行路径。线程有自己的堆栈和局部变量,但线程之间没有单独的地址空间,一个进程死掉就等于所有的线程死掉,所以多进程的程序要比多线程的程序健壮,但在进程切换时,耗费资源较大,效率要差一些。

    联系:

    • 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;

    • 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;

    • 处理机分给线程,即真正在处理机上运行的是线程;

    • 线程在执行过程中,需要协作同步。不同进程的线程间要利用消息通信的办法实现同步。

    协程

    协程,是一种比线程更加轻量级的存在,协程不是被操作系统内核所管理,而完全是由程序所控制(也就是在用户态执行)。这样带来的好处就是性能得到了很大的提升,不会像线程切换那样消耗资源。

    子程序,或者称为函数,在所有语言中都是层级调用,比如A调用B,B在执行过程中又调用了C,C执行完毕返回,B执行完毕返回,最后是A执行完毕。所以子程序调用是通过栈实现的,一个线程就是执行一个子程序。子程序调用总是一个入口,一次返回,调用顺序是明确的。而协程的调用和子程序不同。

    协程在子程序内部是可中断的,然后转而执行别的子程序,在适当的时候再返回来接着执行。

    def A():
        print '1'
        print '2'
        print '3'
    
    def B():
        print 'x'
        print 'y'
        print 'z'
    

    假设由协程执行,在执行A的过程中,可以随时中断,去执行B,B也可能在执行过程中中断再去执行A,结果可能是:1 2 x y 3 z。

    协程的特点在于是一个线程执行,那和多线程比,协程有何优势?

    • 极高的执行效率:因为子程序切换不是线程切换,而是由程序自身控制,因此,没有线程切换的开销,和多线程比,线程数量越多,协程的性能优势就越明显;

    • 不需要多线程的锁机制:因为只有一个线程,也不存在同时写变量冲突,在协程中控制共享资源不加锁,只需要判断状态就好了,所以执行效率比多线程高很多。

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