协程详解（一）

1. 进程，线程，协程的概念

什么是进程：是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。在早期面向进程设计的计算机结构中，进程是程序的基本执行实体；在当代面向线程设计的计算机结构中，进程是线程的容器。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体。

说人话就是，我们起一个程序就基本上是一个进程，也有可能是多个（有些程序需要多个进程配合），同一个程序我们也可以打开多个，例如打开多个微信，那么就等于起了多个进程。

 

什么是线程：是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。在Unix System V及SunOS中也被称为轻量进程（lightweight processes），但轻量进程更多指内核线程（kernel thread），而把用户线程（user thread）称为线程。

简单来说，线程就是因为进程来过庞大而进行细分的一种结果。当一个程序需要多任务异步处理的时候，就需要多个进程来配合，但是多个进程的切换系统开销很大（寄存器、信号、分配内存等），于是就有了线程，可以使用线程来解决这种问题，线程属于进程的一部分，一个进程可以拥有多个线程，线程需要的资源非常小，cpu切换线程的开销非常小了，非常适用于异步操作。

线程是系统调度的最小单位了。

 

上面的一些概念大家估计都懂了，那什么是协程，按规矩先来一个正式的介绍

协程：协程不是进程或线程，其执行过程更类似于子例程，或者说不带返回值的函数调用。

一个程序可以包含多个协程，可以对比与一个进程包含多个线程，因而下面我们来比较协程和线程。我们知道多个线程相对独立，有自己的上下文，切换受系统控制；而协程也相对独立，有自己的上下文，但是其切换由自己控制，由当前协程切换到其他协程由当前协程来控制。

有些文章说协程是用户级别的线程，其实这个说的也有偏差，毕竟线程是可以进行系统调度的，但是协程是不具备的，协程更像是多个子程序的协作者，协程通过自己的执行切换，让各个子程序能够用最高效的方式尽快执行完毕。协程可以自己指定执行的位置，例如有三个任务ABC，协程可以指哪打哪，指A就执行A，执行B就执行B,  指C就执行C.  

 

其实还有另外一种解释，这个是从协程的诞生是为了解决什么问题的角度来讨论：

在如今的web系统中，基本上都是使用异步io来处理的，基本上是不会使用同步的方式，

IO无非就是几种

1. 读（硬盘的）的
2. 写（硬盘的）的
3. 网络请求（读和写）

所有的读和写，网络请求接口都要设置成非阻塞式的，当系统内核把这些玩意儿执行完毕以后，再通过回调函数，通知用户处理。在用户空间上来看，我们就一直保持在一个线程，一个进程之中，因此，这种速率极高！

为什么Nodejs并发量会那么变态的原因就是这一点：nodejs因为js线程只有一条（底层的IO使用多线程来实现非阻塞），为了让程序不会卡住，就一定要把所有的IO变成非阻塞异步，通过回调来告诉用户。

例如nodejs的代码：

get_some('http://xxx.abc.com', function(){

console.log('success')
})

那么问题就来了：

1. 我们进行IO操作的目的是因为我们想获得某些数据然后再开始进行操作，所以我们不得不在回调函数中操作。
2. 我们在回调函数中获取到我们想要的数据，我们依靠这段数据又他妈的想要获取另外一段数据，怎么办？继续回调。
3. 一两层你可能就觉得不行了，45678层呢？

协程的真正目的其实并不是为了解决高并发而存在的，而是为了解决这种蛋痛的无限回调而存在的

使用协程之后，我们就可以像使用「同步」的方法去写异步的调用

例如js 里面的promise， await, async这些就是协程的一种体现

使用协程，上面的代码就可以写成

let ret = await get_some('http://xxx.abc.com')

console.log('success')

 

这是js的解决方法，python的解决方法也是类似，python使用的库是asyncio

 

所以应该知道了协程是一个什么样的存在了。没有什么高深的概念，从这个角度来看，协程就是把回调代码的编写方式变成了同步代码的编写方式

从这里理解，协程并不是为了做并发，而是为了把同时做多件事，想把非常耗时每一件事的流程使用async await定义好流程，然后把多件事情组合在一起，一起协作去做，所以才叫协程，这个协字非常关键

 

总结一下

• 进程的切换 需要 切换系统资源和指令，消耗时间最长
• 线程的切换，不需要切换系统资源，只需要切换指令、线程堆栈。但这个过程也需要系统调用。
• 协程的切换都在用户空间内进行，不需要进行系统调用。

协程优于线程的主要在于

• python 线程调度方式是，每执行 100 个字节码或者遇到阻塞就停止当前线程，然后进行一个系统调用，让 os 内核选出下一个线程。但是协程 只会在 阻塞的时候，切换到下一个协程。100个字节码，说多不多，说少不少，你调用两个库函数说不定就没了，因此线程的切换存在很多是无效的切换，当线程数量越大，这种因为调度策略的先天不足带来的性能损耗就越大。
• 线程需要进行系统调用，协程不需要。系统调用需要进入内核态，无效的调度会让这部分开销显得更大
• 协程可以自主调度，而线程只能决定合适退出，但是下一个线程是谁则依赖于操作系统。