对比

执行体	地址空间	调度方	时间片调度	主动调度
进程	执行体之间不共享地址空间	内核	基于时钟中断	syscall
线程	执行体之间共享地址空间	内核	基于时钟中断	syscall
协程	执行体之间共享地址空间	用户态	基于时钟中断	包装 syscall

进程、线程与协程

执行体的上下文，就是一堆寄存器的值。要切换执行体，只需要保存和恢复一堆寄存器的值即可

进程

• 进程是在内核态下实现的
• 是操作系统最基本的执行单元
• 一个运行的程序（代码）就是一个进程，没有运行的代码叫程序
• 进程拥有自己独立的内存空间，不同的进程间数据不共享
  • 全局变量、文件描述符

线程

• 线程是在内核态下实现的
• 相当于进程内的任务 一个进程可以处理多个子任务 那么可以使用多线程
• 程序执行过程中的最小单元
• cpu 调度执行的最小单位，也叫执行路径，不能独立存在，依赖进程存在，
  • 一个进程至少有一个线程，叫主线程，
  • 而多个线程共享内存（数据共享，共享全局变量)，从而极大地提高了程序的运行效率。
  • 线程的调度是由操作系统负责

协程

• 协程是在用户态下实现的，也被称为用户态线程 或者微线程
• 是一种用户态的轻量级线程，协程的调度完全由用户控制。
• 协程拥有自己的寄存器上下文和栈。
• 协程调度时，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，直接操中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

使用场景

• 自行调度自己写的程序，让一些代码块遇到IO操作时（因为 IO 操作不占用 CPU，且比较耗时），切换去执行另外一些需要 CPU 操作的代码块
  • 协程之间可以链接在一起以形成管道，一个协程可能会消耗输入数据并将其发送给其他协程处理程序, 最后可能会有另外一个协程显示结果

协程的优势

• 协程的数量理论上可以是无限个，而且没有线程之间的切换动作，执行效率比线程高
• 协程不需要 “锁” 机制，即不需要 lock 和 release 过程，因为所有的协程都在一个线程中
• 相对于线程，协程更容易调试 debug，因为所有的代码是顺序执行的

多线程的场景

大量的来自客户端并行请求网络服务器,会有大量的请求包和服务器的返回包，这些都是网络 IO；在响应请求的过程中，往往需要访问存储来保存和读取自身的状态，这也涉及本地或网络 IO 这些IO都是并行的 但是提供这些IO是有成本的

• 系统调用机制产生的开销；
• 数据多次拷贝的开销（数据总是先写到操作系统缓存再到用户传入的内存）
• 因为没有数据而阻塞，产生调度重新获得执行权，产生的时间成本
• 线程的空间成本和时间成本（标准 IO 请求都是同步调用，要想 IO 请求并行只能使用更多线程）

epoll机制

• 需要 IO 时登记一个 IO 请求，然后统一在某个线程查询谁的 IO 先完成了，谁先完成了就让谁处理
• 目的是为了减少线程的数量

线程的时间成本

• 执行体切换本身的开销，它主要是寄存器保存和恢复的成本，可腾挪的余地非常有限
• 执行体的调度开销，它主要是如何在大量已准备好的执行体中选出谁获得执行权
• 执行体之间的同步与互斥成本

线程的空间成本

• 执行体的执行状态；
• TLS（线程局部存储）
• 执行体的堆栈
  • 默认情况下 Linux 线程在数 MB 左右，其中最大的成本是堆栈
  • 出于线程执行安全性的考虑，线程的堆栈不能太小

协程的目的

• 回归到同步 IO 的编程模式
• 降低执行体的空间成本和时间成本

1个完备的协程库你可以把它理解为用户态的操作系统，而协程就是用户态操作系统里面的 “进程”

goroutine

Go 语言里面的用户态 “进程” 称之为goroutine

• 堆栈开始很小（只有 4K），但可按需自动增长；
• 坚决干掉了 “线程局部存储（TLS）” 特性的支持，让执行体更加精简
• 提供了同步、互斥和其他常规执行体间的通讯手段，包括大家非常喜欢的 channel；
• 提供了几乎所有重要的系统调用（尤其是 IO 请求）的包装。

协程和多线程的区别

• 协程为单线程

• 协程由用户决定，在哪些地方交出控制权，切换到下一个任务