进程,线程,协程

进程和线程?

要说线程,必须得先说说进程。

  • 进程:进程是程序的一次执行过程,是系统运行程序的基本单位,因此进程是动态的。系统运行一个程序即是一个进程从创建,运行到消亡的过程。
  • 线程:线程是进程的一个执行路径,一个进程中至少有一个线程,进程中的多个线程共享进程的资源。

操作系统在分配资源时是把资源分配给进程的, 但是 CPU 资源比较特殊,它是被分配到线程的,因为真正要占用CPU运行的是线程,所以也说线程是 CPU分配的基本单位。

比如在Java中,当我们启动 main 函数其实就启动了一个JVM进程,而 main 函数在的线程就是这个进程中的一个线程,也称主线程。

多个线程共享进程的方法区 资源,但每个线程有自己的程序计数器虚拟机栈本地方法栈,所以系统在产生一个线程,或是在各个线程之间作切换工作时,负担要比进程小得多,也正因为如此,线程也被称为轻量级进程。

程序计数器为什么是私有的?

程序计数器主要有下面两个作用:

  1. 字节码解释器通过改变程序计数器来依次读取指令,从而实现代码的流程控制,如:顺序执行、选择、循环、异常处理。
  2. 在多线程的情况下,程序计数器用于记录当前线程执行的位置,从而当线程被切换回来的时候能够知道该线程上次运行到哪儿了。

需要注意的是,如果执行的是 native 方法,那么程序计数器记录的是 undefined 地址,只有执行的是 Java 代码时程序计数器记录的才是下一条指令的地址。

所以,程序计数器私有主要是为了线程切换后能恢复到正确的执行位置

虚拟机栈和本地方法栈为什么是私有的?

  • 虚拟机栈: 每个 Java 方法在执行的同时会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、常量池引用等信息。从方法调用直至执行完成的过程,就对应着一个栈帧在 Java 虚拟机栈中入栈和出栈的过程。
  • 本地方法栈: 和虚拟机栈所发挥的作用非常相似,区别是: 虚拟机栈为虚拟机执行 Java 方法 (也就是字节码)服务,而本地方法栈则为虚拟机使用到的 Native 方法服务。 在 HotSpot 虚拟机中和 Java 虚拟机栈合二为一。

所以,为了保证线程中的局部变量不被别的线程访问到,虚拟机栈和本地方法栈是线程私有的。

一句话简单了解堆和方法区

堆和方法区是所有线程共享的资源,其中堆是进程中最大的一块内存,主要用于存放新创建的对象 (几乎所有对象都在这里分配内存),方法区主要用于存放已被加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

协程

协程(Coroutines) 是一种比线程更加轻量级的存在。协程完全由程序所控制(在用户态执行),带来的好处是性能大幅度的提升。 一个操作系统中可以有多个进程;一个进程可以有多个线程;同理,一个线程可以有多个协程。

协程是一个特殊的函数,这个函数可以在某个地方挂起,并且可以重新在挂起处继续运行。 一个线程内的多个协程的运行是串行的,这点和多进程(多线程)在多核CPU上执行时是不同的。 多进程(多线程)在多核CPU上是可以并行的。当线程内的某一个协程运行时,其它协程必须挂起。

由于协程切换是在线程内完成的,涉及到的资源比较少。不像内核级线程(进程)切换那样,上下文的内容比较多,切换代价较大。协程本身是非常轻巧的,可以简单理解为只是切换了寄存器和协程栈的内容。这样代价就非常小。

协程的使用

  • 计算型的操作,利用协程来回切换执行,没有任何意义,来回切换并保存状态 反倒会降低性能。
  • IO型的操作,利用协程在IO等待时间就去切换执行其他任务,当IO操作结束后再自动回调,那么就会大大节省资源并提供性能,从而实现异步编程(不等待任务结束就可以去执行其他代码)。
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