进程线程协程与并发并行

2018-01-23，我的笔记，不保证正确。

1、进程 Process：（并行运算，分布式）

每个进程，均可以看做是一个完整的 Program，它有本身彻底独立的内容。不与其余进程直接共享数据。（一个工做(job)能够由多个 process 完成，例如电脑上的qq/360就会有好几个进程，这种程序可能会有一个守护进程，当主进程挂掉，它会自动重启主进程。）

每一个进程能够由多个线程组成。进程抽象由操做系统提供，Linux 是使用 fork 函数，Windows 是用 CreateProccess。

2、线程 Thread：（并发执行）

属于同一个进程的线程之间，是共享一套工做内容的。这使得线程的建立和移除开销很小，但同时也使编程变得复杂。

关于线程，分用户级线程和内核级线程。不一样的语言中，这两种线程的对应关系也不尽相同。

• 多对一模型
  将多个用户级线程映射到一个内核级线程，线程管理在用户空间完成，这种模型下操做系统并不知道多线程的存在。Python 就是这种模型。
  • 优势：线程管理是在用户空间进行的，切换上下文开销比较小，性能较高。
  • 缺点：当一个线程在使用内核服务时被阻塞，那么整个进程都会被阻塞；多个线程不能并行地运行在多处理机上。
• 一对一模型
  将每一个用户级线程映射到一个内核级线程。Java的线程就属于这种模型。
  • 优势：当一个线程被阻塞后，容许另外一个线程继续执行，因此并发能力较强；能很好的利用到CPU的多核心。
  • 缺点：每建立一个用户级线程都须要建立一个内核级线程与其对应，这样建立线程的开销比较大，会影响到应用程序的性能。而且切换线程要进出内核，代价比较大。
• 多对多模型
  将n个用户级线程映射到m个内核级线程上，要求 m <= n。GO（1.5以后）的协程就属于这种线程模型。
  • 特色：既克服了多对一模型的并发度不高的缺点，又克服了一对一模型的一个用户进程占用太多内核级线程，开销太大的缺点。又拥有多对一模型和一对一模型各自的优势。

3、协程 Coroutine（并发执行）

若是说线程是轻量级的进程，那么协程就是轻量级的线程。线程跑在进程里，协程就跑在线程里。

优势：

1. 协程是跑在同一个线程里，而且是由程序自己来调度的。协程间的切换就是函数的调用，彻底没有线程切换那么大的开销。
   • 线程的数量越多，协程的优点越大
2. 由于协程是程序调度的，它其实是串行运行的，所以不须要复杂的锁机制来保证线程安全。
   • 在协程中控制共享资源不加锁，只须要判断状态就行了。这免去了锁机制带来的开销。

由于协程跑在单个线程内，所占用的 CPU 资源有限，因此多协程并不能提高计算性能。不只如此，由于多了程序自己的调度开销，计算密集型程序的性能反而会降低。

此外，协程代码中决不能出现阻塞，不然整个线程都会停下来等待该操做完成，这就麻烦了。

协程适合用于 IO 密集型任务，可用于简化异步 IO 的 callback hell。例如 Python 的 asyncio 就是用协程实现的。

并发并行

由此，又引出两个名词：

1. 并发（Concurrent）：多个任务交替进行。
2. 并行（Parallel）：多个任务同时进行。

一张图说明二者的差异

Note：进程 和 线程 均可能是 并发 或 并行 的。关键看你程序的运行状态。多核是并行的前提。并发则只要求交替执行，所以单核也没问题。

同步异步

1. 同步：不一样程序单元为了完成某个任务，在执行过程当中需靠某种通讯方式以协调一致，称这些程序单元是同步执行的。
   • 多线程编程中，全部修改共享变量的行为，都必须加锁，保证顺序执行，保证同步。或者加原子锁，保证该修改操做是原子的。
   • 同步意味着有序
2. 异步：为完成某个任务，不一样程序单元之间过程当中无需通讯协调，也能完成任务的方式。
   • 不相关的程序单元之间能够是异步的。好比爬虫下载网页
   • 异步意味着无序

• 进程、线程和协程