进程、线程、协程

进程（Process）

简单来说，进程是操作系统分配资源的基本单位。

单进程

当你双击一个 Python 程序：
bash 复制代码
```
python main.py
```

操作系统会创建一个进程：

bash 复制代码

操作系统
│
└── Python进程
      ├── 代码
      ├── 内存
      ├── 文件句柄
      ├── 网络连接
      └── 线程

每个进程拥有独立的：
- 内存空间
- 全局变量
- 文件描述符
- 网络资源
例如：
python 复制代码
```
a = 100
```
进程A：
python 复制代码
```
a = 100
```
进程B：
python 复制代码
```
a = 100
```
看起来一样，但实际上存放在不同内存中

多进程

例如

python 复制代码

import multiprocessing
import os

# 进程要执行的任务
def task(num):
    print(f"进程{num} 启动，PID：{multiprocessing.current_process().pid}，PPID：{os.getppid()}")

if __name__ == "__main__":
    process_list = []
    # 创建3个进程
    for i in range(1, 4):
        p = multiprocessing.Process(target=task, args=(i,))
        process_list.append(p)
        p.start()  # 启动进程

# 主进程等待3个子进程全部执行完毕
for p in process_list:
    p.join()

print(f"所有3个子进程运行结束，主进程退出，主进程PID：{os.getpid()}")

# 打印结果：
# 进程1 启动，PID：20498，PPID：20496
# 进程2 启动，PID：20499，PPID：20496
# 进程3 启动，PID：20500，PPID：20496
# 所有3个子进程运行结束，主进程退出，主进程PID：20496

优点

真正并行

bash 复制代码

CPU核心1 -> 进程1

CPU核心2 -> 进程2

CPU核心3 -> 进程3

缺点

创建成本高

bash 复制代码

例如：

内存：
100MB

启动：
几十毫秒

线程（Thread）

简单来说，线程是 CPU 调度的基本单位。

单线程

线程存在于进程内部。

例如：

python 复制代码

Python进程
│
├── 主线程
├── 线程1
├── 线程2
└── 线程3

线程共享同一个进程的资源：

bash 复制代码

进程内存
│
├── 全局变量
├── 堆
├── 文件句柄
└── socket

所有线程都能访问
例如：
python 复制代码
```
count = 0
```
线程1：
python 复制代码
```
count += 0
```
线程2：
python 复制代码
```
count += 0
```
都在修改同一个变量。

多线程

例如
python 复制代码
```
from threading import Thread
```

创建

bash 复制代码

Python进程
│
├── Thread1
├── Thread2
└── Thread3

优点
- 创建快
- 切换快
- 共享数据方便
缺点
- 多个线程修改同一个变量时容易出问题
  python 复制代码
```
count += 1
```
- 可能变成
  bash 复制代码
```
线程1读取 count=0

线程2读取 count=0

线程1写回 1

线程2写回 1
```
- 结果
  bash 复制代码
```
应该是2

实际是1
```
- 线程安全问题（Race Condition）
  - 可以使用互斥锁解决，在这里不过多赘述，主要研究协程和事件循环

进程和线程的关系

可以把它想成公司：

进程
bash 复制代码
```
公司A
公司B
公司C
```
每个公司独立。

线程

bash 复制代码

公司A
│
├── 员工1
├── 员工2
└── 员工3

员工共享公司的资源。

所以，层级关系是这样的：

bash 复制代码

进程
 └── 线程
      └── 协程

协程（Coroutine）

线程切换
- 操作系统决定

协程切换

程序员决定

例如：

python 复制代码

await asyncio.sleep(1)
# 这里主动告诉事件循环 我先暂停 你去执行别的协程

协程和线程的关系

线程

bash 复制代码

线程1
线程2
线程3

操作系统切换

协程

bash 复制代码

协程1
协程2
协程3

EventLoop切换

线程切换需要（成本高）
bash 复制代码
```
保存CPU寄存器
切换内核态
恢复现场
```
协程切换只需要（成本极低）
bash 复制代码
```
保存函数执行位置
```

操作系统、进程、线程和协程四者关系图

bash 复制代码

操作系统
│
├── 进程A
│    │
│    ├── 线程1
│    │     │
│    │     ├── 协程1
│    │     ├── 协程2
│    │     └── 协程3
│    │
│    └── 线程2
│
└── 进程B
      │
      └── 线程1