进程、线程、协程
进程、线程、协程
在并发编程中，进程、线程和协程是三个核心概念，它们在资源管理、调度方式和适用场景等方面各有特点。以下结合两篇博客内容，对三者进行全面梳理。
定义
1. 进程
- 是操作系统进行资源分配和调度的基本单位，可理解为“正在运行的程序实例”。例如打开浏览器时，操作系统会为其创建一个进程，包含运行所需的代码、数据和系统资源。
- 核心标志是进程控制块（PCB），这是进程存在的唯一标识，PCB通过链表组织，相同状态的进程形成队列。
2. 线程
- 是进程内的执行单元，也被称为“轻量级进程”，是CPU调度和分派的基本单位。
- 自身仅拥有程序计数器、寄存器和栈等少量必要资源，共享所属进程的全部资源（如内存空间、文件描述符等）。例如浏览器进程中，渲染页面、处理网络请求的线程共享浏览器的资源。
3. 协程
- 是用户态的轻量级线程，调度完全由用户程序控制，不依赖操作系统内核。
- 依托线程存在，拥有独立的寄存器上下文和栈，切换时只需保存和恢复这些信息，属于“线程内的迷你执行流”。
特点对比
1. 资源与通信
| 类型 | 资源独立性 | 通信方式 | 通信复杂度 |
|---|---|---|---|
| 进程 | 拥有独立内存空间、文件描述符等，资源完全隔离 | 依赖IPC机制（管道、消息队列、共享内存等） | 高 |
| 线程 | 共享进程资源（堆、全局变量等） | 通过共享变量直接通信 | 较低（需处理同步问题） |
| 协程 | 共享所属线程及进程的资源 | 同一线程内通过共享变量通信 | 低（无多线程同步问题） |
2. 调度与开销
| 类型 | 调度者 | 切换开销 | 调度方式 |
|---|---|---|---|
| 进程 | 操作系统内核 | 大（涉及内核态操作，需切换页表、保存完整上下文） | 抢占式（操作系统强制切换） |
| 线程 | 操作系统内核 | 中（共享进程资源，主要切换局部上下文） | 抢占式 |
| 协程 | 用户程序 | 极小（用户态操作，类似函数切换） | 非抢占式（需主动让出控制权，如IO操作时） |
3. 健壮性与并发能力
- 健壮性：
- 进程：最高，一个进程崩溃通常不影响其他进程。
- 线程：较低，一个线程崩溃可能导致整个进程崩溃。
- 协程：中等，一个协程崩溃一般不影响其他协程，但可能导致所属线程崩溃。
- 并发能力：
- 进程：低（受限于系统资源，创建数量有限）。
- 线程：中（数量受内核限制，过多会导致切换开销激增）。
- 协程：高（一个线程可创建数万个协程，适合高并发场景）。
状态
1. 进程状态
- 包含运行态（正在CPU上执行）、就绪态（等待CPU调度）、阻塞态（等待资源或事件，如IO完成）三种基本状态，状态间可相互转换。
- 进程切换（上下文切换）：CPU从一个进程切换到另一个时，需保存当前进程的上下文（寄存器、内存页表等）并加载新进程的上下文，开销较大。
2. 线程状态
- 与进程类似，具备运行态、就绪态、阻塞态，状态转换逻辑基本一致。
- 线程切换：因共享进程地址空间，无需切换页表，仅需保存和恢复局部上下文，开销远小于进程。
3. 协程状态
- 无统一的系统定义状态，由用户程序控制，通常通过“主动让出”（如调用yield）和“恢复执行”实现切换，无需内核参与。
适用场景
| 类型 | 典型适用场景 | 原理说明 |
|---|---|---|
| 进程 | 计算密集型任务（如视频渲染）、隔离性要求高的场景（如多应用同时运行） | 可充分利用多核CPU，且进程隔离避免相互影响 |
| 线程 | I/O密集型任务（如文件读写）、进程内多任务并发（如多线程下载） | 共享资源减少通信开销，适合中等并发需求 |
| 协程 | 高并发I/O场景（如网络爬虫、微服务RPC调用） | 极小切换开销，可在IO等待时切换到其他协程，提升CPU利用率 |
层级关系总结
- 进程是资源分配的容器，包含一个或多个线程；
- 线程是进程内的执行单元，承载协程的运行；
- 协程是线程内的用户态调度单位，依赖线程实现并发。
三者从资源管理和调度层级上呈现：进程 > 线程 > 协程。
通过理解三者的差异，可根据任务类型（计算密集型/IO密集型）、并发需求和隔离性要求，选择合适的并发模型，提升程序效率。