协程原理

想了解协程，首先要了解进程与线程

　　协程是什么，协程是一种支持并发的方式，不限于语言，又叫纤程，绿色线程

那么什么是进程和线程？

　　1. 进程是应用程序的启动实例，进程拥有代码和打开的文件资源、数据资源、独立的内存空间。

　　2. 线程从属于进程，是程序的实际执行者，一个进程至少包含一个主线程，也可以有更多的子线程，线程拥有自己的栈空间。

　　一张图带你了解结构：

　　

 　　

协程不是被操作系统内核所管理的，而是完全由程序所控制，也就是在用户态执行。这样带来的好处是性能大幅度的提升，因为不会像线程切换那样消耗资源。

协程不是进程也不是线程，而是一个特殊的函数，这个函数可以在某个地方挂起，并且可以重新在挂起处外继续运行。所以说，协程与进程、线程相比并不是一个维度的概念。

一个进程可以包含多个线程，一个线程也可以包含多个协程。简单来说，一个线程内可以由多个这样的特殊函数在运行，但是有一点必须明确的是，一个线程的多个协程的运行是串行的。如果是多核CPU，多个进程或一个进程内的多个线程是可以并行运行的，但是一个线程内协程却绝对是串行的，无论CPU有多少个核。毕竟协程虽然是一个特殊的函数，但仍然是一个函数。一个线程内可以运行多个函数，但这些函数都是串行运行的。当一个协程运行时，其它协程必须挂起。

进程、线程、协程的对比

• 协程既不是进程也不是线程，协程仅仅是一个特殊的函数，协程它进程和进程不是一个维度的。
• 一个进程可以包含多个线程，一个线程可以包含多个协程。
• 一个线程内的多个协程虽然可以切换，但是多个协程是串行执行的，只能在一个线程内运行，没法利用CPU多核能力。
• 协程与进程一样，切换是存在上下文切换问题的。

上下文切换

• 进程的切换者是操作系统，切换时机是根据操作系统自己的切换策略，用户是无感知的。进程的切换内容包括页全局目录、内核栈、硬件上下文，切换内容保存在内存中。进程切换过程是由“用户态到内核态到用户态”的方式，切换效率低。

• 线程的切换者是操作系统，切换时机是根据操作系统自己的切换策略，用户无感知。线程的切换内容包括内核栈和硬件上下文。线程切换内容保存在内核栈中。线程切换过程是由“用户态到内核态到用户态”， 切换效率中等。

• 协程的切换者是用户（编程者或应用程序），切换时机是用户自己的程序所决定的。协程的切换内容是硬件上下文，切换内存保存在用户自己的变量（用户栈或堆）中。协程的切换过程只有用户态，即没有陷入内核态，因此切换效率高。

以java为例，每一个线程需要创建自己的栈空间（大约1M），如果需要创建10000个线程，那么栈内存需要多大？

　　线程的执行理解：

　　

　　协程的实现图： 每个fiber占用1Kb左右

　　

总结：

　　线程：

　　　　1. 线程资源消耗大

　　　　2. 线程有数据安全问题（一般需要锁机制控制），或使用缓存失效机制实现重复读取主内存空间

　　　　3. 线程的执行过程大体步骤：

　　　　　　1/ 创建一个线程

　　　　　　2/ 将线程交给操作系统执行

　　　　4. 因执行过程是交给操作系统内核执行，寄存器频繁切换，控制线程开销大

　　协程：

　　　　1. 协程采用调度机制，控制过程不需要操作系统内核，控制开销小（用户主导并发控制）

　　　　2. 正常来说，无线程安全问题， 协程采用通讯方式的方式完成数据共享（可以理解为MQ的方式：阻塞式）

　　

协程适用场景：

　　1. 生产者消费者模式

　　2. IO密集型（计算量大）

java协程框架对应图例：

 　　

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上述内容包含简书内容：

　　作者：JunChow520
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