什么是多进程和多线程？什么是协程？

Posted on Wed, 25 Dec 2024 10:34:55 +0800 by LiangMingJian

什么是进程？

进程是表示资源分配的基本单位，是调度运行的基本单位。当用户运行自己的程序时，系统就创建一个进程，并为它分配包括内存空间、磁盘空间、I/O设备等资源。然后，把该进程放入进程的就绪队列中等待被系统执行。当该进程被系统的进程调度程序选中后，系统会为它分配CPU以及其它资源，运行该进程。

线程是进程中执行运算的最小单位。如果把进程理解为在逻辑上操作系统所完成的任务，那么线程表示完成该任务的许多可能的子任务之一。

数据共享方面：

多进程：每个进程拥有独立的地址空间（包括代码段、数据段和堆栈段），数据默认不共享，共享数据需要通过进程间通信（IPC）机制，如管道、消息队列或共享内存来实现，这增加了复杂性和开销‌。
多线程：所有线程共享同一个进程的内存空间，包括堆内存和全局变量，数据共享非常高效且轻量，不需要额外复制机制，数据交换较为简单便捷。

数据同步方面：

多进程：由于内存隔离，在同步数据时，不容易出现竞争问题，同步问题较少，但实现更耗时且效率较低‌。
多线程：由于共享内存，线程间容易发生竞争问题，如多个线程同时修改同一资源，因此必须使用同步机制（如锁、信号量）来协调访问，不当同步可能导致死锁或数据损坏‌。

资源占用方面：

多进程：因为每个进程都有独立的内存空间，因此多进程的内存占用较高。CPU 占用方面，多进程能充分利用多核并行处理，但对单核 CPU 的占用不及多线程。
多线程：因为每个线程共享同一进程的内存空间，因此多线程的内存占用较低。CPU 占用方面，多线程能充分利用单核的 CPU 资源，当一个线程等待时，其他线程可继续占用 CPU，减少空闲时间。

可靠性方面：

协程是单线程语言中用来模拟多线程的一种方式。

协程的作用，是在执行部分耗时长的函数时，可以先中断执行，去处理其他耗时短的函数，等到空闲时再继续执行该耗时长的函数，最终使得这一整个过程看上去像多线程。

比如正常的任务运行流程如下述：

开始 → 任务A → 阻塞等待 → 处理A → 任务B → 阻塞等待 → 处理B  → 结束

这种流程我们称之为同步，任务‌顺序执行‌，必须等待前一个任务完成后才能启动下一个任务，代码执行呈线性流程‌。耗时操作会阻塞整个主线程，导致后续代码无法执行，降低效率。

那么协程的任务运行流程如下述：

开始 → 任务A → 发起请求 → 挂起A → 任务B → 发起请求 → 处理B → 响应A → 恢复任务A → 结束

这种流程我们称之为异步，任务‌独立执行‌，无需相互等待，发起操作后立即执行后续代码，结果通过回调或事件通知返回‌。耗时操作不会阻塞整个主线程，它会先挂起，待 CPU 空闲时再执行，然后通过回调或响应事件通知，恢复耗时操作后续的执行。