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进程、线程及协程的区别

2024-02-01 03:47:33阅读 2

进程和线程是操作系统中两个重要的概念,经常被程序员用于高并发服务器的开发中。但是在实际开发中,应该优先使用进程还是线程呢?小编从概念出发,再分析二者的区别和联系,再引出使用的优先级,希望读者加强理解。

一、概念

进程: 进程是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动,是系统资源分配和独立运行的最小单位;
线程: 线程是进程的一个执行单元,是任务调度和系统执行的最小单位;
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。

二、进程与线程的区别

1、根本区别: 进程是操作系统资源分配和独立运行的最小单位;线程是任务调度和系统执行的最小单位。
2、地址空间区别: 每个进程都有独立的地址空间,一个进程崩溃不影响其它进程;一个进程中的多个线程共享该 进程的地址空间,一个线程的非法操作会使整个进程崩溃。
3、上下文切换开销区别: 每个进程有独立的代码和数据空间,进程之间上下文切换开销较大;线程组共享代码和数据空间,线程之间切换的开销较小。

三、进程与线程的联系

一个进程由共享空间(包括堆、代码区、数据区、进程空间和打开的文件描述符)和一个或多个线程组成,各个线程之间共享进程的内存空间,而一个标准的线程由线程ID、程序计数器PC、寄存器和栈组成
进程和线程之间的联系如下图所示:
在这里插入图片描述
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(该图转自博客https://blog.csdn.net/weixin_43258908/article/details/89417917

四、进程与线程的选择

1、线程的创建或销毁的代价比进程小,需要频繁创建和销毁时应优先选用线程;
2、线程上下文切换的速度比进程快,需要大量计算时优先选用线程;
3、线程在CPU上的使用效率更高,需要多核分布时优先选用线程,需要多机分布时优先选用进程
4、线程的安全性、稳定性没有进程好,需要更稳定安全时优先使用进程。

综上,线程创建和销毁的代价低、上下文切换速度快、对系统资源占用小、对CPU的使用效率高,因此一般情况下优先选择线程进行高并发编程;但线程组的所有线程共用一个进程的内存空间,安全稳定性相对较差,若其中一个线程发生崩溃,可能会使整个进程,因此对安全稳定性要求较高时,需要优先选择进程进行高并发编程。

五、协程

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。因此,协程能保留上一次调用时的状态(即所有局部状态的一个特定组合),每次过程重入时,就相当于进入上一次调用的状态。这个过程完全由程序控制,不需要内核进行调度。
协程与线程的关系如下图所示:
在这里插入图片描述

go语言的goroutine调度机制

Go1.5版本之前, 默认所有goroutine会在一个原生线程里跑,也就是默认只使用一个CPU核。如果当前goroutine不发生阻塞,它是不会让出CPU时间给其他同线程的goroutines的,这是Go运行时对goroutine的调度,我们也可以使用runtime包来手工调度。

Go语言中可以通过runtime.GOMAXPROCS()函数设置当前程序并发时占用的CPU逻辑核心数,最大为256个。
Go1.5版本之前,默认使用的是单核心执行。Go1.5版本之后,默认使用全部的CPU逻辑核心数。

goroutine调度器基于三个基本对象:
G——代表goroutine对象,每次go调用的时候,都会创建一个G对象;
M——代表线程,所有的G任务都是落地到线程上执行,每一个运行的M都会绑定一个P;
P——代表处理器,每个P对象对应一个本地G任务队列和全局G任务队列;
其工作流程为:
1、用户调用go函数,创建一个G对象,加入到本地队列或全局队列;
2、本地队列对应一个处理器P,P对应创建一个线程M;
3、线程M开始执行,先从本地队列依次执行G对象,本地没有就从全局队列中执行G对象。
在这里插入图片描述

六、协程与线程的区别

1、根本区别: 协程是用户态的轻量级线程,不受内核调度;线程是任务调度和系统执行的最小单位,需要内核调度。
2、运行机制区别: 线程和进程是同步机制,而协程是异步机制。
3、上下文切换开销区别: 线程运行状态切换及上下文切换需要内核调度,会消耗系统资源;而协程完全由程序控制,状态切换及上下文切换不需要内核参与。
参考:什么是协程

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