协程

进程与线程

有一定基础的小伙伴们肯定都知道进程和线程。

进程是什么呢？

直白地讲，进程就是应用程序的启动实例。比如我们运行一个游戏，打开一个软件，就是开启了一个进程。

进程拥有代码和打开的文件资源、数据资源、独立的内存空间。

线程又是什么呢？

线程从属于进程，是程序的实际执行者。一个进程至少包含一个主线程，也可以有更多的子线程。

线程拥有自己的栈空间。

有人给出了很好的归纳：

对操作系统来说，线程是最小的执行单元，进程是最小的资源管理单元。

无论进程还是线程，都是由操作系统所管理的。

协程

协程：是一种用户态的轻量级线程，调度完全由用户控制；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，直接操作栈则基本没有内核切换的开销，可以不加锁的访问全局变量，所以上下文的切换非常快。

线程和协程的区别：

一个线程可以多个协程，一个进程也可以单独拥有多个协程；进程线程都是同步机制，而协程则是异步；协程能保留上一次调用时的状态，每次过程重入时，就相当于进入上一次调用的状态。 

协程具体介绍

线程之间是如何进行协作的呢？

最经典的例子就是生产者/消费者模式：

若干个生产者线程向队列中写入数据，若干个消费者线程从队列中消费数据。

 我们可以举个简单的例子：

public class ProducerConsumerTest {
 
    public static void main(String args[]) {
        final Queue<Integer> sharedQueue = new Queue();
        Thread producer = new Producer(sharedQueue);
        Thread consumer = new Consumer(sharedQueue);
        producer.start();
        consumer.start();
    }
}


class Producer extends Thread {
 
    private static final int MAX_QUEUE_SIZE = 5;
 
    private final Queue sharedQueue;
 
    public Producer(Queue sharedQueue) {
        super();
        this.sharedQueue = sharedQueue;
    }
 
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            synchronized (sharedQueue) {
                while (sharedQueue.size() >= MAX_QUEUE_SIZE) {
                    System.out.println("队列满了，等待消费");
                    try {
                        sharedQueue.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                sharedQueue.add(i);
                System.out.println("进行生产 : " + i);
                sharedQueue.notify();
            }
        }
    }
}
class Consumer extends Thread {
    private final Queue sharedQueue;
 
    public Consumer(Queue sharedQueue) {
        super();
        this.sharedQueue = sharedQueue;
    }
 
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (sharedQueue) {
                while (sharedQueue.size() == 0) {
                    try {
                        System.out.println("队列空了，等待生产");
                        sharedQueue.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                int number = sharedQueue.poll();
                System.out.println("进行消费 : " + number);
                sharedQueue.notify();
            }
        }
    }
}

1.定义了一个生产者类，一个消费者类。

2.生产者类循环100次，向同步（阻塞）队列当中插入数据。

3.消费者循环监听同步队列，当队列有数据时拉取数据。

4.如果队列满了（达到5个元素），生产者阻塞。

5.如果队列空了，消费者阻塞。

上面的代码正确地实现了生产者/消费者模式，但是却并不是一个高性能的实现。为什么性能不高呢？原因如下：

1.涉及到同步锁。

2.涉及到线程阻塞状态和可运行状态之间的切换。

3.涉及到线程上下文的切换。

以上涉及到的任何一点，都是非常耗费性能的操作。

所以这里就会用到协程的概念

协程，英文Coroutines，是一种比线程更加轻量级的存在。正如一个进程可以拥有多个线程一样，一个线程也可以拥有多个协程。

最重要的是，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。

既然协程这么好，它到底是怎么来使用的呢？

def consumer():
    while True:
        number = yield
        print('开始消费',number)

consumer = consumer()
next(consumer)
for num in range(100):
    print('开始生产',num)
    consumer.send(num)

这段代码十分简单，即使没用过python的小伙伴应该也能基本看懂。

代码中创建了一个叫做consumer的协程，并且在主线程中生产数据，协程中消费数据。

其中 yield 是python当中的语法。当协程执行到yield关键字时，会暂停在那一行，等到主线程调用send方法发送了数据，协程才会接到数据继续执行。

但是，yield让协程暂停，和线程的阻塞是有本质区别的。协程的暂停完全由程序控制，线程的阻塞状态是由操作系统内核来进行切换。

因此，协程的开销远远小于线程的开销。