进程,线程与协程

进程

定义

• 进程是操作系统中资源分配的基本单位,是正在执行的程序的实例。
• 每个进程都有独立的内存空间、程序计数器、寄存器、堆栈等系统资源,进程之间互相隔离。

特点

• 独立性: 每个进程在执行时拥有自己的地址空间,进程之间的数据不共享,必须通过进程间通信(IPC)来交换数据。
• 资源隔离: 进程拥有自己的资源,如内存、文件句柄等,因此一个进程的崩溃不会直接影响到其他进程。
• 开销大: 进程间的切换需要操作系统进行大量的资源管理（如内存分配、上下文切换等）,因此开销较大。
• 多核利用: 进程可以在多核处理器上并行执行。

线程

定义

• 线程是进程中的执行单位,每个进程至少有一个线程（主线程）。线程是 CPU 调度的基本单位。
• 线程共享进程的地址空间、全局变量和资源,但是每个线程有独立的栈空间和寄存器等执行环境。

特点

• 轻量级：相对于进程,线程的创建和销毁开销较小。多个线程可以在一个进程内并发执行,资源共享。
• 共享资源：同一进程中的多个线程可以共享内存空间和资源,数据的交换比进程间通信更加高效。
• 同步问题：由于线程共享内存空间,多个线程访问同一资源时需要注意同步和互斥,否则会导致数据竞争和不一致的问题。

进程与线程

• 进程是系统资源分配的基本单位,而线程是CPU调度的基本单位;
• 同一进程可能有多个线程执行;
• 进程之间互相隔离,而同一进程的线程可以共享资源(加锁);
• 进程的切换需要大量资源,而线程切换相对轻量化;

协程

定义

• 协程是一种轻量级的用户级线程,通常由程序控制,而不是由操作系统进行调度。
• 协程的核心特性是“协作式”调度,即协程在执行过程中可以主动让出控制权,允许其他协程执行。它比线程更加高效,因为它们共享同一线程,不需要频繁的上下文切换。

特点

• 轻量级：协程的创建和切换非常快速,几乎没有线程的开销,适合用于高并发的场景。
• 用户级调度：协程的调度由程序或运行时环境控制,操作系统并不干预协程的切换。
• 非抢占式：协程在执行时不会被外部中断,只有当协程主动让出控制权时,才会切换到其他协程。
• 适合 I/O 密集型任务：协程非常适合 I/O 密集型的任务,因为它能够在等待 I/O 操作时让出执行权,允许其他任务继续执行。

线程与协程

• 协程可以看作线程的细分,即该线程何时执行操作;
• 协程的切换比线程更轻量，因为它们不需要操作系统进行上下文切换，节省了大量的系统资源;
• 协程是由程序控制的，而线程由操作系统调度;
• 协程强调“协作”,即主动让出控制权,适合密集但不重度的任务,例如密集I/O;