线程、进程、协程的区别

进程、线程、协程对比

通俗描述

有一个老板想要开个工厂进行生产某件商品（例如剪子） 
他需要花一些财力物力制作一条生产线，这个生产线上有很多的器件以及材料这些所有的 为了能够生产剪子而准备的资源称之为：进程

只有生产线是不能够进行生产的，所以老板的找个工人来进行生产，这个工人能够利用这些材料最终一步步的将剪子做出来，这个来做事情的工人称之为：线程

这个老板为了提高生产率，想到3种办法：

1 在这条生产线上多招些工人，一起来做剪子，这样效率是成倍増长，即单进程 多线程

方式 2 
老板发现这条生产线上的工人不是越多越好，因为一条生产线的资源以及材料毕竟有限，所以老板又花了些财力物力购置了另外一条生产线，然后再招些工人这样效率又再一步提高了，即多进程 多线程

方式 3 
老板发现，现在已经有了很多条生产线，并且每条生产线上已经有很多工人了（即程序是多进程的，每个进程中又有多个线程），为了再次提高效率，老板想了个损招， 
规定：如果某个员工在上班时临时没事或者再等待某些条件（比如等待另一个工人生产完谋道工序 之后他才能再次工作） ，那么这个员工就利用这个时间去做其它的事情， 那么也就是说：如果一个线程等待某些条件，可以充分利用这个时间去做其它事情，其实这就是：协程方式

简单总结 
1 进程是资源分配的单位 
2 线程是操作系统调度的单位 
3 进程切换需要的资源很最大，效率很低 
4 线程切换需要的资源一般，效率一般 
5 协程切换任务资源很小，效率高 
6 多进程、多线程根据cpu核数不一样可能是并行的 也可能是并发的。协程的本质就是使用当前进程在不同的函数代码中切换执行，可以理解为并行。 协程是一个用户层面的概念，不同协程的模型实现可能是单线程，也可能是多线程。

 

进程拥有自己独立的堆和栈，既不共享堆，亦不共享栈，进程由操作系统调度。（全局变量保存在堆中，局部变量及函数保存在栈中）

线程拥有自己独立的栈和共享的堆，共享堆，不共享栈，线程亦由操作系统调度(标准线程是这样的)。

协程和线程一样共享堆，不共享栈，协程由程序员在协程的代码里显示调度。

一个应用程序一般对应一个进程，一个进程一般有一个主线程，还有若干个辅助线程，线程之间是平行运行的，在线程里面可以开启协程，让程序在特定的时间内运行。

协程和线程的区别是：协程避免了无意义的调度，由此可以提高性能，但也因此，程序员必须自己承担调度的责任，同时，协程也失去了标准线程使用多CPU的能力。

 

       对于 进程、线程，都是有内核进行调度，有 CPU 时间片的概念，进行 抢占式调度（有多种调度算法）

　　对于 协程(用户级线程)，这是对内核透明的，也就是系统并不知道有协程的存在，是完全由用户自己的程序进行调度的，因为是由用户程序自己控制，那么就很难像抢占式调度那样做到强制的 CPU 控制权切换到其他进程/线程，通常只能进行 协作式调度，需要协程自己主动把控制权转让出去之后，其他协程才能被执行到

 

goroutine 和协程区别

　　本质上，goroutine 就是协程。 不同的是，Golang 在 runtime、系统调用等多方面对 goroutine 调度进行了封装和处理，当遇到长时间执行或者进行系统调用时，会主动把当前 goroutine 的CPU (P) 转让出去，让其他 goroutine 能被调度并执行，也就是 Golang 从语言层面支持了协程。Golang 的一大特色就是从语言层面原生支持协程，在函数或者方法前面加 go关键字就可创建一个协程。

　其他方面的比较

　　1. 内存消耗方面

　　　　每个 goroutine (协程) 默认占用内存远比 Java 、C 的线程少。
　　　　goroutine：2KB 
　　　　线程：8MB

　　2. 线程和 goroutine 切换调度开销方面

　　　　线程/goroutine 切换开销方面，goroutine 远比线程小
　　　　线程：涉及模式切换(从用户态切换到内核态)、16个寄存器、PC、SP...等寄存器的刷新等。
　　　　goroutine：只有三个寄存器的值修改 - PC / SP / DX.

二、协程底层实现原理

　　线程是操作系统的内核对象，多线程编程时，如果线程数过多，就会导致频繁的上下文切换，这些 cpu 时间是一个额外的耗费。所以在一些高并发的网络服务器编程中，使用一个线程服务一个 socket 连接是很不明智的。于是操作系统提供了基于事件模式的异步编程模型。用少量的线程来服务大量的网络连接和I/O操作。但是采用异步和基于事件的编程模型，复杂化了程序代码的编写，非常容易出错。因为线程穿插，也提高排查错误的难度。

 　　协程，是在应用层模拟的线程，他避免了上下文切换的额外耗费，兼顾了多线程的优点。简化了高并发程序的复杂度。举个例子，一个高并发的网络服务器，每一个socket连接进来，服务器用一个协程来对他进行服务。代码非常清晰。而且兼顾了性能

那么，协程是怎么实现的呢？

　　他和线程的原理是一样的，当 a线程 切换到 b线程 的时候，需要将 a线程 的相关执行进度压入栈，然后将 b线程 的执行进度出栈，进入 b线程 的执行序列。协程只不过是在 应用层 实现这一点。但是，协程并不是由操作系统调度的，而且应用程序也没有能力和权限执行 cpu 调度。怎么解决这个问题？

　　答案是，协程是基于线程的。内部实现上，维护了一组数据结构和 n 个线程，真正的执行还是线程，协程执行的代码被扔进一个待执行队列中，由这 n 个线程从队列中拉出来执行。这就解决了协程的执行问题。那么协程是怎么切换的呢？答案是：golang 对各种 io函数 进行了封装，这些封装的函数提供给应用程序使用，而其内部调用了操作系统的异步 io函数，当这些异步函数返回 busy 或 bloking 时，golang 利用这个时机将现有的执行序列压栈，让线程去拉另外一个协程的代码来执行，基本原理就是这样，利用并封装了操作系统的异步函数。包括 linux 的 epoll、select 和 windows 的 iocp、event 等。

 　　由于golang是从编译器和语言基础库多个层面对协程做了实现，所以，golang的协程是目前各类有协程概念的语言中实现的最完整和成熟的。十万个协程同时运行也毫无压力。关键我们不会这么写代码。但是总体而言，程序员可以在编写 golang 代码的时候，可以更多的关注业务逻辑的实现，更少的在这些关键的基础构件上耗费太多精力。

三、协程的历史以及特点

　　协程（Coroutine）是在1963年由Melvin E. Conway USAF, Bedford, MA等人提出的一个概念。而且协程的概念是早于线程（Thread）提出的。但是由于协程是非抢占式的调度，无法实现公平的任务调用。也无法直接利用多核优势。因此，我们不能武断地说协程是比线程更高级的技术。

　　尽管，在任务调度上，协程是弱于线程的。但是在资源消耗上，协程则是极低的。一个线程的内存在 MB 级别，而协程只需要 KB 级别。而且线程的调度需要内核态与用户的频繁切入切出，资源消耗也不小。

　最开始的网络程序其实就是一个线程一个请求设计的（Apache）。后来，随着网络的普及，诞生了C10K问题。Nginx 通过单线程异步 IO 把网络程序的执行流程进行了乱序化，通过 IO 事件机制最大化的保证了CPU的利用率

有两种最常见的并发通信模型：共享内存 和 消息

下面的例子，使用了锁变量（属于一种共享内存）来同步协程，事实上 Go 语言主要使用消息机制（channel）来作为通信模型

channel

　　消息机制认为每个并发单元是自包含的、独立的个体，并且都有自己的变量，但在不同并发单元间这些变量不共享。每个并发单元的输入和输出只有一种，那就是消息。

　　channel 是 Go 语言在语言级别提供的 goroutine 间的通信方式，我们可以使用 channel 在多个 goroutine 之间传递消息。channel是进程内的通信方式，因此通过 channel 传递对象的过程和调用函数时的参数传递行为比较一致，比如也可以传递指针等。channel 是类型相关的，一个 channel 只能传递一种类型的值，这个类型需要在声明 channel 时指定。

默认情况下，最新的go版本协程可以利用多核CPU，但是通过runtime.GOMAXPROCS() 我们可以设置所需的核心数（其实并不是CPU核心数），在上面的例子我们设置为1，也就是模拟单核CPU，运行这段程序你会发现无任何输出，如果你改成2，你会发现可以正常输出。

 

这段程序逻辑很简单，使用一个for循环启动5个协程，然后写了一个for死循环，如果是单核CPU，当运行到for死循环的时候，由于没有任何io操作（或者能让出CPU的操作），会一直卡在那里，但是如果是多核CPU，go协程就会调用其它CPU去执行。

01 | Mutex：如何解决资源并发访问问题？

     说起并发访问问题，真是太常见了，比如多个 goroutine 并发更新同一个资源，像计数器；同时更新用户的账户信息；秒杀系统；往同一个 buffer 中并发写入数据等等。如果没有互斥控制，就会出现一些异常情况，比如计数器的计数不准确、用户的账户可能出现透支、秒杀系统出现超卖、buffer 中的数据混乱，等等，后果都很严重。

    这些问题怎么解决呢？对，用互斥锁，那在 Go 语言里，就是 Mutex。

如果很多线程同步访问临界区，就会造成访问或操作错误，这当然不是我们希望看到的结果。所以，我们可以使用互斥锁，限定临界区只能同时由一个线程持有

不加锁，执行后不会得到1000000

其实，这是因为，count++ 不是一个原子操作，它至少包含几个步骤，比如读取变量 count 的当前值，对这个值加 1，把结果再保存到 count 中。因为不是原子操作，就可能有并发的问题

     Go race detector 是基于 Google 的 C/C++ sanitizers 技术实现的，编译器通过探测所有的内存访问，加入代码能监视对这些内存地址的访问（读还是写）。在代码运行的时候，race detector 就能监控到对共享变量的非同步访问，出现 race 的时候，就会打印出警告信息。

   例子中的 goroutine 10 对内存地址 0x00c000126010 有读的操作（counter.go 文件第 16 行），同时，goroutine 7 对内存地址 0x00c000126010 有写的操作（counter.go 文件第 16 行）。而且还可能有多个 goroutine 在同时进行读写，所以，警告信息可能会很长

 

下面使用mutex来做互斥锁

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