老是描述不清楚进程、线程、协程的概念。属于脑子里面有。但是说也说不出来。今天记录一下相关概念

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进程

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概念

在计算机中，进程（Process）是指正在运行的一个程序的实例。它是操作系统进行资源分配和调度的基本单位。
每个进程都有独立的内存空间和执行上下文，包括代码、数据、堆栈等。进程可以包含一个或多个线程，每个线程都共享进程的资源。
进程具有以下几个主要特点：

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• 独立性 每个进程相互独立，拥有自己的内存空间和资源。
• 并发性 多个进程可以同时运行，由操作系统进行调度和分配时间片。
• 隔离性 进程之间相互隔离，一个进程的错误不会直接影响其他进程的正常运行。
• 可抢占性 操作系统可以根据优先级和时间片等策略暂停或切换进程，以保证公平性和高效性。
• 通信与同步 进程之间可以通过进程间通信（IPC）机制进行数据交换和共享资源。
• 生命周期 进程从创建到终止经历不同的状态，如就绪、运行、阻塞、退出等。

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进程是操作系统的核心概念，它使得计算机可以同时运行多个程序，并为它们提供必要的资源和环境。通过进程管理，操作系统可以实现任务调度、内存管理、安全隔离等重要功能。

说一下场景

假设有一个任务，需要将一批图片进行压缩处理，并保存到指定目录。我们可以用单进程和多进程两种方式来完成这个任务。

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单进程方式

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在单进程方式下，只使用一个进程来依次处理每张图片

1. 加载第一张图片。
2. 对该图片进行压缩处理。
3. 保存处理后的图片到指定目录。
4. 依次处理下一张图片，重复以上步骤，直至所有图片处理完毕。

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多进程方式

在多进程方式下，我们可以创建多个进程同时处理不同的图片

1. 创建多个进程，每个进程负责处理一张图片。
2. 进程之间并行地加载、处理和保存图片。
3. 等待所有进程执行完毕，任务结束。

对比两种方式，多进程方式具有以下优点：

• 提高处理速度：由于多个进程可以同时处理多张图片，因此任务的整体处理速度更快。

• 充分利用资源：多进程可以充分利用多核处理器的计算能力，提高系统的资源利用率。

• 提高响应性：如果遇到某张图片处理时间较长，仅该进程会受影响，其他进程仍可继续处理其他图片，提高系统的响应性。

  多进程方式也要考虑一些因素：

• 进程间通信：如果进程之间需要通信或共享数据，就需要使用进程间通信机制，例如管道或共享内存。

• 资源消耗：创建和管理多个进程会占用较多的系统资源，包括内存和CPU资源。

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线程

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概念

在计算机中，线程Thread是程序执行的最小单位，是进程中的一个执行单元。线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位，它由线程ID 程序计数器 寄存器集合 堆栈组成。

与进程相比 线程是更轻量级的执行实体，多个线程共享同一进程的资源

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• 线程是进程的一部分 进程是分配资源的基本单位，而线程是在进程内执行的流程。一个进程可以包含多个线程，这些线程共享进程的内存空间和其他资源。
• 线程共享进程资源 不同线程之间共享进程的代码段、静态变量、全局变量和打开的文件等资源。这意味着多个线程可以同时访问和修改同一份数据，但也需要注意同步和互斥机制来避免并发访问带来的问题。
• 线程之间切换开销较小 相比于进程间的上下文切换，线程之间的切换开销更小。因为线程共享进程的地址空间和其他资源，所以线程切换只需要切换寄存器和程序计数器等少量的上下文信息。
• 多线程提高并发性能 通过多线程的并发执行，可以提高系统的并发性能和响应能力。多个线程可以在不同的CPU核心上并行执行，充分利用多核处理器的计算能力。
• 线程调度由操作系统控制 线程的创建、销毁和调度由操作系统负责。操作系统使用调度算法来决定哪些线程应该优先执行，以及何时进行线程的切换。
• 线程是进程内的执行单元 它们共享进程的资源并具有较小的切换开销。多线程的并发执行提高了系统的性能和响应能力。线程和进程共同构成了多任务处理和并发编程的基础。

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线程和进程的区别和场景

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• 资源占用 进程相对于线程来说，具有独立的资源分配。每个进程都有自己的地址空间、堆栈和文件描述符等资源，这些资源在多进程的情况下不会被其他进程共享。而线程共享同一进程的资源，只需较少的额外开销。因此，如果需要独立的资源，如打开文件、数据库连接等，使用进程更为合适
• 切换开销 由于进程具有独立的地址空间和上下文信息，进程间的切换开销比较大。而线程共享进程的资源，切换时只需切换少量的上下文信息，所以线程之间的切换开销相对较小。如果需要频繁进行切换或实现高并发，使用线程可以提高系统性能
• 同步和通信 在多线程编程中，线程之间共享内存空间，因此共享数据的访问需要进行同步和互斥操作，以避免竞态条件和数据不一致问题。而在多进程中，进程之间通常通过进程间通信（IPC）来进行数据交换，例如管道、消息队列等。如果需要共享大量数据且访问频繁，使用线程更为方便。如果需要隔离和安全性较高，使用进程更合适。
• 故障隔离 由于线程共享进程的资源，一个线程的错误可能会影响到整个进程，甚至导致进程崩溃。而进程之间相互独立，一个进程的错误不会波及其他进程。如果需要故障隔离，以避免一个任务的错误影响到其他任务，使用进程会更安全。

使用线程的场景包括需要共享数据 频繁切换 对性能要求较高的并发编程 使用进程的场景 包括需要独立资源、故障隔离、安全性较高的环境。在实际应用中，需要根据具体需求和系统环境来选择合适的多任务模型。有时也可以结合使用线程和进程，根据具体情况来平衡资源利用和系统性能。

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协程

概念

• 协程（Coroutine） 是一种轻量级的线程 也被称为用户态线程或纤程。与传统的线程相比，协程具有更低的切换开销和更高的执行效率，可以实现更灵活的控制流。

• 协程可以看作是一种特殊的子例程，它可以在执行过程中挂起和恢复，以便在需要时暂停和继续执行。与线程不同，协程由程序员手动控制调度和切换，而不是由操作系统进行上下文切换。

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• 协程是非抢占式的 协程不会被强制中断，只有在显式的挂起点yield主动释放执行权后，才会切换到其他协程。这意味着协程可以自由地决定何时让出执行权。

• 协程之间切换开销低 与线程切换相比，协程的切换开销非常低。协程的切换只涉及保存和恢复协程的栈帧，不需要切换内核态和用户态之间的上下文，因此效率更高。

• 共享状态 协程通常运行在同一个线程中，它们共享线程的资源和内存空间。这样可以避免多线程中的锁和同步开销，简化了并发编程的复杂性。

• 异步编程 协程天然适合用于异步编程，通过协程可以更方便地实现异步任务的挂起、等待和回调。协程可以用于处理大量的I/O操作，提高程序的并发性和响应能力。

协程在许多场景下都有应用，例如网络编程、并发任务调度、爬虫程序等。它们可以简化代码结构、提高执行效率，并且相对于传统的线程模型更加灵活和可控。在Python中，使用asyncio库可以很方便地实现协程编程，其他编程语言如Go、JavaScript等也提供了类似的协程支持。

协程和线程、进程的区别以及应用场景

执行单元 线程和进程都是操作系统调度的执行单元，而协程则是由程序员控制的执行单元。

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• 线程是操作系统内核可调度的最小单位 多个线程共享同一个进程的资源。线程之间切换需要操作系统介入，切换开销较大。
• 进程是独立的执行环境 拥有独立的内存空间和资源。进程之间切换同样需要操作系统介入，切换开销更大。进程间通信需要使用操作系统提供的机制。
• 协程由程序员控制 可以在代码的特定位置进行切换，切换开销非常小。协程之间通过代码来交替执行，共享线程的资源和内存空间。

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调度方式 线程和进程通过操作系统调度器进行任务的切换，而协程通过代码的显式控制进行任务切换。

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• 线程和进程的调度由操作系统自动完成 程序员无法精确控制线程/进程的切换时机和顺序。
• 协程的调度完全由程序员控制 可以根据需要在代码的适当位置进行切换，灵活性更高。

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切换开销 协程的切换开销通常比线程和进程小很多。

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• 线程和进程的切换涉及到操作系统上下文的保存和恢复，开销较大 切换频繁可能会影响程序的性能。
• 协程的切换只需要保存和恢复协程的栈帧，开销非常小 因此，协程适合处理大量的细粒度任务，在高并发和异步编程中有很好的性能表现。

  应用场景

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• 线程适合用于并发任务 如多用户的服务器程序、I/O密集型应用。
• 进程适合用于需要隔离资源和安全性较高的场景 如操作系统级的任务 计算密集型应用。
• 协程适合用于高并发和异步编程 如网络编程 爬虫 事件驱动编程 等。

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注意 在实际应用中，通常会综合使用这些多任务编程方式来充分发挥优势。例如，可以使用多线程/多进程编写一个并发的服务器 而在内部处理各个请求时使用协程来提高性能和灵活性 选择合适的方式要根据具体的需求和性能要求来决定。

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