进程、线程、协程和goroutine

日晷

进程(process):

狭义定义：进程就是一段程序的执行过程例如启动的某个app。

广义定义：进程是一个具有独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。它是操作系统动态执行的基本单元，在传统的操作系统中,进程即是基本的分配单元，也是基本的执行单元。

1）进程是一个实体，每个进程都有自己的地址空间，一般情况下，包含文本区域、数据区域、堆栈

2）进程是执行中的程序，程序是一个没有生命的实体，只有处理器赋予程序生命时，它才能成为一个活动的实体，我们称之为进程

3）进程本身不会运行，是线程的容器。线程不能单独执行，必须组成进程

4）一个程序至少有一个进程，一个进程至少有一个线程

5）对于操作系统来讲，一个任务就是一个进程，比如开一个浏览器就是启动一个浏览器进程。打开一款app就是打开一个进程，例如打开香哈就是运行了一个进程。

6）有些进程还不止同时做一件事情。比如打开香哈，它可以同时进行看视频并且回复用户评论，在一个进程内部，要同时干多件事情。

进程状态：（三状态）

1. 就绪：获取出CPU外的所有资源、只要处理器分配资源就可以马上执行
2. 运行：获得处理器分配的资源，程序开始执行
3. 阻塞：当程序条件不够的时候，需要等待提交满足的时候才能执行。

三状态

进程状态：（五态模型）对于一个实际的系统，进程的状态及其转换更为复杂。引入新建态和终止态构成了进程的五态模型。

1. 创建状态：进程在创建时需要申请一个空白PCB，向其中填写控制和管理进程的信息，完成资源分配。如果创建工作无法完成，比如资源无法满足，就无法被调度运行，把此时进程所处状态称为创建状态
2. 就绪状态：进程已经准备好，已分配到所需资源，只要分配到CPU就能够立即运行
3. 执行状态：进程处于就绪状态被调度后，进程进入执行状态
4. 阻塞状态：正在执行的进程由于某些事件（I/O请求，申请缓存区失败）而暂时无法运行，进程受到阻塞。在满足请求时进入就绪状态等待系统调用
5. 终止状态：进程结束，或出现错误，或被系统终止，进入终止状态。无法再执行

五状态

线程：

1）一个进程中至少有一个线程，不然就没有存在的意义

2）在一个进程内部，要同时干多件事情，就需要同时运行多个子任务，我们把进程内的这些子任务叫做线程

3）多线程就是为了同步完成多项任务(在单个程序中同时运行多个线程完成不同的任务和工作)，不是为了提高运行效率，而是为了提高资源使用效率来提高系统的效率

4）一个简单的比喻，多线程就像是火车上的每节车厢，而进程就是火车

5）线程是程序执行流的最小单元。一个标准的线程由当前的线程ID、当前指令指针、寄存器和堆栈组成

6）同一个进程中的多个线程之间可以并发执行

线程状态：

1）就绪：指线程具备运行的所有条件，逻辑上可以运行，在等待处理机

2）运行：指线程占用处理机正在运行

3）阻塞：线程在等待一个事件，逻辑上不可执行

如果我们要同时执行多个任务怎么办？

1）启动多个进程，每个进程虽然只有一个线程，但是多个进程可以一块执行多个任务

2）启动一个进程，在一个进程内启动多个线程，这样多个线程也可以一块执行多个任务

多任务：

1）一边浏览网页、一边听歌、一边看电影；这就是多任务。

进程和线程关系

协程：

协程是一种用户态的轻量级线程，协程的调度完全由用户控制（进程和线程都是由cpu 内核进行调度）。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。

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（官方）

   线程：8MB（参考网络）

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.

Golang