一、進(jìn)程與線程

進(jìn)程是操作系統(tǒng)資源分配的基本單位，是程序運(yùn)行的實(shí)例。例如打開一個(gè)瀏覽器就開啟了一個(gè)進(jìn)程。

線程是操作系統(tǒng)調(diào)度到CPU中執(zhí)行的基本單位。例如在瀏覽器里新建一個(gè)窗口就需要一個(gè)線程來進(jìn)行處理。

在一般情況下，線程是進(jìn)程的組成部分，一個(gè)進(jìn)程可以包含多個(gè)線程。例如瀏覽器可以新建多個(gè)窗口。

進(jìn)程中的多個(gè)線程并發(fā)執(zhí)行并共享進(jìn)程的內(nèi)存等資源。例如多個(gè)窗口之間可以共享登錄狀態(tài)、cookie等信息。

進(jìn)程之間相對(duì)獨(dú)立，不同進(jìn)程具有不同的內(nèi)存地址空間，系統(tǒng)資源描述符等。例如再新開一個(gè)瀏覽器，就又開啟了一個(gè)進(jìn)程，瀏覽器之間狀態(tài)相互獨(dú)立。

開啟一個(gè)進(jìn)程的開銷比開啟一個(gè)線程大得多，且進(jìn)程具有獨(dú)立的內(nèi)存空間，多進(jìn)程之間的通信通常比較困難。

二、并發(fā)與并行

并發(fā)不等于并行。

并發(fā)并不意味著同一時(shí)刻所有任務(wù)都在執(zhí)行，而是在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)，所有的任務(wù)都能執(zhí)行完畢。例如在單核CPU上運(yùn)行多線程程序，多線程會(huì)交替搶占CPU時(shí)間片，任意一個(gè)時(shí)刻只能執(zhí)行一個(gè)具體的線程。

在多核CPU上，線程可以分布在多個(gè)CPU核心上運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)真正的并行處理。

在多核處理場景中，并發(fā)與并行往往同時(shí)存在，多核心在并行處理多個(gè)線程，單核心中的多個(gè)線程又在交替執(zhí)行。

三、go協(xié)程與線程

線程是系統(tǒng)調(diào)度的基本單位。go協(xié)程由go語言運(yùn)行時(shí)的調(diào)度器進(jìn)行調(diào)度，操作系統(tǒng)內(nèi)核感知不到協(xié)程的存在。

在多核處理場景中，線程是并發(fā)與并行同時(shí)存在的，而go協(xié)程依托于線程，因此多核處理場景下，go協(xié)程也是并發(fā)與并行同時(shí)存在的。因?yàn)間o協(xié)程從屬于某一個(gè)線程，所以即便在單核處理器上某一時(shí)刻運(yùn)行一個(gè)線程，在線程內(nèi)go語言調(diào)度器也會(huì)切換多個(gè)協(xié)程執(zhí)行，這時(shí)協(xié)程是并發(fā)的。在多核心處理器上，如果多個(gè)協(xié)程被分配給了不同的線程，而這些線程同時(shí)被不同的CPU核心所處理，這時(shí)協(xié)程就是并行處理的。

go協(xié)程與線程存在著很多不同之處:

1.調(diào)度方式

線程: 線程是根據(jù)CPU時(shí)間片進(jìn)行搶占式調(diào)度的。操作系統(tǒng)通過中斷信號(hào)(定時(shí)器中斷、I/O設(shè)備中斷等)執(zhí)行線程的上下文切換。當(dāng)發(fā)生線程上下文切換時(shí)，需要從操作系統(tǒng)用戶態(tài)轉(zhuǎn)移到內(nèi)核態(tài)，并保存狀態(tài)信息；當(dāng)切換到下一個(gè)要執(zhí)行的線程時(shí)，需要加載狀態(tài)信息并從內(nèi)核態(tài)轉(zhuǎn)移到操作系統(tǒng)用戶態(tài)。

協(xié)程: 協(xié)程存在于用戶態(tài)，由go語言運(yùn)行時(shí)調(diào)度器進(jìn)行調(diào)度。協(xié)程從屬于某一個(gè)線程，多個(gè)協(xié)程可以調(diào)度到一個(gè)線程中，一個(gè)協(xié)程也可能切換到多個(gè)線程中執(zhí)行，因此協(xié)程與線程是多對(duì)多(M:N)的關(guān)系。

2.調(diào)度策略

• 線程: 搶占式調(diào)度。操作系統(tǒng)調(diào)度器為了均衡每個(gè)線程的執(zhí)行周期，會(huì)定時(shí)發(fā)出中斷信號(hào)強(qiáng)制執(zhí)行線程上下文切換。
• 協(xié)程: 協(xié)作式調(diào)度。一個(gè)協(xié)程處理完自己的任務(wù)后，可以主動(dòng)將執(zhí)行權(quán)限讓渡給其他協(xié)程，不會(huì)被輕易搶占。只有在協(xié)程運(yùn)行了過長時(shí)間后，go語言調(diào)度器才會(huì)強(qiáng)制搶占其執(zhí)行。

3.上下文切換速度

線程: 線程上下文的切換需要經(jīng)過操作系統(tǒng)用戶態(tài)與內(nèi)核態(tài)的切換，切換速度大約為1～2微秒。

協(xié)程: 協(xié)程屬于用戶態(tài)輕量級(jí)的線程，協(xié)程的切換不需要經(jīng)過用戶態(tài)與內(nèi)核態(tài)的切換，且切換時(shí)只需要保存極少的狀態(tài)值，因此切換速度快數(shù)倍，大約為0.2微秒左右。(大約10倍于線程的切換速度)

4.棧的大小

線程: 線程的棧大小一般是在創(chuàng)建時(shí)指定的，linux及mac上默認(rèn)的棧大小一般為8MB(可以通過ulimit -s查看)。2000個(gè)線程需要消耗16G虛擬內(nèi)存。

協(xié)程: go協(xié)程棧大小默認(rèn)為2KB, 16G虛擬內(nèi)存可以創(chuàng)建800多萬個(gè)協(xié)程。在實(shí)踐中，經(jīng)常可以看到存在成千上萬的協(xié)程。

四、GMP模型

協(xié)程(G)線程(M)邏輯處理器(P)模型描述了線程與協(xié)程的關(guān)系。在GMP模型中：

G代表go協(xié)程(Goroutine),M代表實(shí)際的線程，P代表邏輯處理器(Process)。go語言為了方便協(xié)程的調(diào)度與緩存，抽象出了邏輯處理器P。

在任一時(shí)刻，一個(gè)邏輯處理器P可能在本地包含多個(gè)協(xié)程G，同時(shí)綁定一個(gè)線程M。需要注意的是，一個(gè)協(xié)程G并不是固定綁定同一個(gè)邏輯處理器P的，可能轉(zhuǎn)移到其他邏輯處理器中。

邏輯處理器P對(duì)應(yīng)的線程M也是不固定的，在某些時(shí)候可能轉(zhuǎn)移到其他P中執(zhí)行。

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