什么是進程和線程

進程是什么呢？

直白地講，進程就是應用程序的啟動實例。比如我們運行一個游戲，打開一個軟件，就是開啟了一個進程。

進程擁有代碼和打開的文件資源、數據資源、獨立的內存空間。

線程又是什么呢？

線程從屬于進程，是程序的實際執行者。一個進程至少包含一個主線程，也可以有更多的子線程。

線程擁有自己的棧空間。

有人給出了很好的歸納：

對操作系統來說，線程是最小的執行單元，進程是最小的資源管理單元。

無論進程還是線程，都是由操作系統所管理的。

Java中線程具有五種狀態：

初始化 可運行 運行中 阻塞 銷毀

這五種狀態的轉化關系如下：

但是，線程不同狀態之間的轉化是誰來實現的呢？是JVM嗎？

并不是。JVM需要通過操作系統內核中的TCB（Thread Control Block）模塊來改變線程的狀態，這一過程需要耗費一定的CPU資源。

進程和線程的痛點

線程之間是如何進行協作的呢？

最經典的例子就是生產者/消費者模式：

若干個生產者線程向隊列中寫入數據，若干個消費者線程從隊列中消費數據。

如何用java語言實現生產者/消費者模式呢？

讓我們來看一看代碼：

public class ProducerConsumerTest {

}

class Producer extends Thread {

}

class Consumer extends Thread {private final Queue sharedQueue;

}

這段代碼做了下面幾件事：

1.定義了一個生產者類，一個消費者類。

2.生產者類循環100次，向同步隊列當中插入數據。

3.消費者循環監聽同步隊列，當隊列有數據時拉取數據。

4.如果隊列滿了（達到5個元素），生產者阻塞。

5.如果隊列空了，消費者阻塞。

上面的代碼正確地實現了生產者/消費者模式，但是卻并不是一個高性能的實現。為什么性能不高呢？原因如下：

1.涉及到同步鎖。

2.涉及到線程阻塞狀態和可運行狀態之間的切換。

3.涉及到線程上下文的切換。

以上涉及到的任何一點，都是非常耗費性能的操作。

什么是協程

協程，英文Coroutines，是一種比線程更加輕量級的存在。正如一個進程可以擁有多個線程一樣，一個線程也可以擁有多個協程。

最重要的是，協程不是被操作系統內核所管理，而完全是由程序所控制（也就是在用戶態執行）。

這樣帶來的好處就是性能得到了很大的提升，不會像線程切換那樣消耗資源。

既然協程這么好，它到底是怎么來使用的呢？

由于Java的原生語法中并沒有實現協程（某些開源框架實現了協程，但是很少被使用），所以我們來看一看python當中對協程的實現案例，同樣以生產者消費者模式為例：

這段代碼十分簡單，即使沒用過python的小伙伴應該也能基本看懂。

代碼中創建了一個叫做consumer的協程，并且在主線程中生產數據，協程中消費數據。

其中?yield?是python當中的語法。當協程執行到yield關鍵字時，會暫停在那一行，等到主線程調用send方法發送了數據，協程才會接到數據繼續執行。

但是，yield讓協程暫停，和線程的阻塞是有本質區別的。協程的暫停完全由程序控制，線程的阻塞狀態是由操作系統內核來進行切換。

因此，協程的開銷遠遠小于線程的開銷。

?

協程的應用

有哪些編程語言應用到了協程呢？我們舉幾個栗子：

Lua語言

Lua從5.0版本開始使用協程，通過擴展庫coroutine來實現。

Python語言

正如剛才所寫的代碼示例，python可以通過 yield/send 的方式實現協程。在python 3.5以后，async/await 成為了更好的替代方案。

Go語言

Go語言對協程的實現非常強大而簡潔，可以輕松創建成百上千個協程并發執行。

Java語言

如上文所說，Java語言并沒有對協程的原生支持，但是某些開源框架模擬出了協程的功能，有興趣的小伙伴可以看一看Kilim框架的源碼：

總結

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