大家好，我是小水珠。

近一两年，国内很多互联网公司开始使用或转型Go语言，一种一个很重要的原因就是Go语言优越的性能表现，而这个优势与Go语言实现的轻量级线程（协程）不无关系。那么Go协程的实现与Java线程的实现有什么区别呢？

一 线程实现模型

1. 1:1线程模型

我们知道在Linux操作系统编程中，往往都是通过fork()函数创建一个子进程来代表一个内核中的线程。一个进程调用fork()函数后，系统会先给新的进程分配资源，例如，存储数据和代码的空间。然后把原来进程所有值都复制到新的进程中，只有少数值与原来进程的值（比如PID）不同，这就相当于复制了一个主进程。

采用fork()创建子进程的方式来实现并行运行，会产生大量冗余数据，即占用大量内存空间，又消耗大量CPU时间时间用来初始化内存空间以及复制数据。

如果是一份一样的数据，为什么不共享主进程的这一份数据呢？这时候轻量级进程（Light Weight Process 即LWP）出现了。

相对于fork()系统调用创建的线程来说，LWP使用clone()系统调用创建线程，该函数是将部分父进程的资源的数据结构进行复制，复制内容可选，且没有被复制的资源可以通过指针共享给子进程。因此，轻量级进程的运行单元更小，运行速度更快。LWP是跟内核线程一对一映射的，每个LWP都是由一个内核线程支持。

2. N:1线程模型

该线程模型是在用户空间完成了线程的创建，同步，销毁和调度，已经不需要内核的帮助了，也就是说在线程的创建，同步，销毁的过程中不会产生用户态和内核态的空间切换，因此线程的操作非常快速且低消耗。

3. N:M线程模型

N:M线程模型是基于上诉两种线程模型实现的一种混合线程管理模型，即支持用户态线程通过LWP与内核线程连接，用户态的线程数量和内核态的LWP数量是N:M的映射关系。

二 协程的实现原理

相对于协程，你可能对进程和线程更为熟悉。进程一般对应一个应用服务，在一个应用服务中可以创建多个线程，而协程与进程的概念不一样，我们可以将协程看做是一个类函数或一块函数中的代码，我们可以在一个主线程里面轻松创建多个协程。

程序调用协程与调用函数不一样的是，协程可以通过暂停或阻塞的方式将协程的执行挂起，而其它协程可以继续执行。这里的挂起只是在程序中（用户态）的挂起，同时将代码执行权转让给其它协程使用，待获取执行权的协程执行完之后，将从挂起点唤醒挂起的协程。协程的挂起和唤醒是通过一个调度器来完成的。

结合下图，你可以更清楚的了解到基于N:M线程模型实现的协程是如何工作的。

假设程序中默认创建两个线程为协程使用，在主线程中创建协程ABCD.....分别存储在就绪队列中，调度器首先会分配一个工作线程A执行协程A，另外一个工作线程B执行协程B，其它创建的协程将会放在队列中进行排队等候。

当协程A调用暂停方法或被阻塞时，协程A会进入到挂起队列，调度器会调用等待队列中的其它协程抢占线程A执行。当协程A被唤醒时，它需要重新进入到就绪队列中，通过调度器抢占线程，如果抢占成功，就继续执行协程A，失败则继续等待抢占线程。

三 Kilim协程框架

在Java中引入Kilim，和我们平时引入第三方组件不太一样，除了引入jar包之外，还需要通过Kilim提供的织入工具对Java编译生成的字节码进行增强处理。这样就可以在Java中使用协程了。

Kilim框架包含了四个核心组件，分别为：任务载体（Task），任务上下文（Fiber），任务调度器（Scheduler）以及通信载体（Mailbox）。

四 协程与线程的性能比较

Java多线程实现源码：

Kilim协程框架实现源码：

在这个案例中，我创建了1000个生产者和1000个消费者，每个生产者生产10个产品，1000个消费者同时消费产品。我们可以看到两个例子运行结果如下：

多线程执行时长：2761

协程执行时长：1050

五 总结

协程和线程密切相关，协程可以认为是运行在线程上的代码块，协程提供的挂起操作会使协程暂停操作，而不会导致线程阻塞。

协程又是一种轻量级资源，即使创建了上千个协程，对于系统来说也不是很大的负担，但如果在程序中创建上千个线程，那系统可就真亚历山大了。可以说，协程的设计方式极大的提高了线程的使用率。

通过今天的学习，当其他人侃侃而谈Go语言在网络编程中的优势时，相信你不会一头雾水。学习Java的我们也不要觉得，协程离我们很遥远。协程是一种设计思想，不仅仅局限于某一门语言，况且Java已经可以借助协程框架实现协程了。

但话说回来，协程还是Go语言中的应用较为成熟，在Java中的协程目前还不是很稳定，重点是缺乏大型项目的验证，可以说Java的协程设计还有很长的路要走。