五分鐘技術(shù)趣談 | 計算機基礎(chǔ)概念之進(jìn)程、線程和協(xié)程

作者：匡鵬，單位：中國移動智慧家庭運營中心

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起，讓更多的人接觸到了計算機編程。進(jìn)程、線程、協(xié)程等作為操作系統(tǒng)中最核心的概念及技術(shù)是每位服務(wù)器后端開發(fā)程序猿都繞不開的。那么什么是進(jìn)程、線程以及協(xié)程呢？它們又各自有哪些相同和區(qū)別呢？本文將會對這些問題做一個深入淺出的介紹。

數(shù)字化轉(zhuǎn)型時代，計算機編程技術(shù)越來越普及。高級編程語言的封裝使得編程變得簡單，作為代碼執(zhí)行最重要的載體，什么是進(jìn)程、線程一級協(xié)程?本期Labs帶大家認(rèn)識下計算機基礎(chǔ)之編程技術(shù)的那些事兒~

Part 01●??什么是進(jìn)程？?●

進(jìn)程是操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，是一次程序的執(zhí)行；是一個程序及其數(shù)據(jù)在處理機上順序執(zhí)行時所發(fā)生的活動，是程序在一個數(shù)據(jù)集合上運行的過程，它是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的獨立單元。

初看這段文字回覺得十分抽象，難以理解。以Windows操作系統(tǒng)為例，打開任務(wù)管理器并切換到進(jìn)程頁，即可直觀感觸到進(jìn)程所代表的含義。

簡單來講，進(jìn)程就是服務(wù)端應(yīng)用程序的一個個啟動實例。一個word是一個進(jìn)程，一個吃雞在后臺也是一個進(jìn)程。進(jìn)程理論上擁有獨立代碼和打開的文件資源、數(shù)據(jù)資源和內(nèi)存空間。

進(jìn)程主要由三部分組成：

1、進(jìn)程控制塊PCB：進(jìn)程存在的唯一標(biāo)識，時操作系統(tǒng)用來記錄和刻畫進(jìn)程狀態(tài)及環(huán)境信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，也是操作系統(tǒng)掌握進(jìn)程的唯一資料結(jié)構(gòu)和管理進(jìn)程的主要依據(jù)。

2、數(shù)據(jù)段：進(jìn)程運行中的各種數(shù)據(jù)。

3、程序段：程序代碼。

Part 02●??什么是線程？?●

線程可以理解成進(jìn)程的一個從屬，是應(yīng)用程序的執(zhí)行者，線程是在進(jìn)程中獨立運行的子任務(wù)。一個進(jìn)程理論上由有個一個主線程和多個子線程組成。相同進(jìn)程的線程的內(nèi)存、文件、數(shù)據(jù)是共用的，但擁有獨立的棧空間。對于操作系統(tǒng)來講，線程是最小的執(zhí)行單元。比如使用聊天軟件QQ時我們能夠同時進(jìn)行聊天、發(fā)送文件以及視頻等，這每一項的功能背后都有對應(yīng)的線程在后臺默默地運行。

線程的特征和進(jìn)程的差不多，線程還具備以下優(yōu)點：1、一個進(jìn)程中可以同時存在多個線程，這些線程共享該集成的資源；線程間通信無需操作系統(tǒng)干預(yù)，開銷更小；2、線程的并發(fā)比進(jìn)程的更小，系統(tǒng)并發(fā)性高。除了具備以上的優(yōu)點外，線程也存在缺點：當(dāng)進(jìn)程中的一個線程崩潰時，會導(dǎo)致所屬的進(jìn)程的所有線程崩潰。

程序執(zhí)行是在不同進(jìn)程和線程之間協(xié)作進(jìn)行的，操作系統(tǒng)在多個進(jìn)程和線程同時執(zhí)行并進(jìn)行切換實現(xiàn)應(yīng)用程序的并行執(zhí)行，對操作系統(tǒng)而言，這是極大的性能開銷，那不能不通過操作系統(tǒng)層面來實現(xiàn)高并發(fā)的程序運行呢？協(xié)程的概念也就因此產(chǎn)生了。

Part 03●? 什么是協(xié)程？?

協(xié)程并不像進(jìn)程和線程那樣廣為人知，但其實協(xié)程的概念比線程出現(xiàn)得更早，直到近來的Golang、Python等編程語言從語言層面提供了對協(xié)程更好的支持，尤其是Goroutine為代表的Go協(xié)程實現(xiàn)，才讓程序員對協(xié)程有了更多的了解。

協(xié)程是一種比線程更加輕量級的程序運行的存在。正如一個進(jìn)程可以擁有多個線程一樣，一個線程也可以擁有多個協(xié)程。協(xié)程不被操作系統(tǒng)內(nèi)核所管理，完全在用戶態(tài)執(zhí)行，可以完全由用戶程序進(jìn)行控制。正因為如此，使用協(xié)程不需要操作系統(tǒng)進(jìn)行資源消耗，使執(zhí)行的性能得到了極大的提升。