1.進程
1.1定義
進程是計算機中一個正在執(zhí)行的程序?qū)嵗?。進程是操作系統(tǒng)中最基本的執(zhí)行單元，它擁有自己的程序代碼、數(shù)據(jù)集合和執(zhí)行狀態(tài)，并由操作系統(tǒng)管理和調(diào)度。
1.2內(nèi)容
進程通常由程序、數(shù)據(jù)集合和進程控制塊三部分組成。
程序，是進程的代碼部分，它是計算機程序的執(zhí)行體現(xiàn)。程序通常由指令和數(shù)據(jù)組成，它們被存儲在進程的內(nèi)存空間中，并由 CPU 執(zhí)行。
數(shù)據(jù)集合包括進程所需的所有數(shù)據(jù)，例如變量、數(shù)組、對象等。數(shù)據(jù)集合通常也被存儲在進程的內(nèi)存空間中，它們可以被程序訪問和修改。
進程控制塊（Process Control Block，PCB）是操作系統(tǒng)用來管理進程的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它包含了進程的狀態(tài)、進程標識符、程序計數(shù)器、內(nèi)存管理信息、進程優(yōu)先級等信息。操作系統(tǒng)可以使用進程控制塊來管理和調(diào)度進程，例如創(chuàng)建和終止進程、切換進程的執(zhí)行等。
1.3特征
輔助記憶
- 進程開始前：動態(tài)性（可動態(tài)創(chuàng)建、調(diào)度和終止）、獨立性（擁有獨立的內(nèi)存空間、資源和當前執(zhí)行狀態(tài)）、共享性（進程運行與操作系統(tǒng)中，因此文件、消息隊列、信號量等用于對進程控制，且具備共享屬性）
- 進程開始中：并發(fā)性（可以多個進程并發(fā)運行，承托于cpu）、異步性（由于可并發(fā)，所以對于CPU、公共內(nèi)存、I/O等是互相爭奪的）
動態(tài)性：進程是一個動態(tài)的概念，它代表了一個正在執(zhí)行的程序?qū)嵗?，可以?chuàng)建、調(diào)度和終止。在操作系統(tǒng)中，進程的創(chuàng)建和銷毀是動態(tài)進行的。
并發(fā)性：在操作系統(tǒng)中，可以同時存在多個進程在執(zhí)行，它們之間是并發(fā)執(zhí)行的。操作系統(tǒng)可以通過進程調(diào)度算法來協(xié)調(diào)多個進程之間的執(zhí)行，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)資源的高效利用。
獨立性：進程是操作系統(tǒng)中的獨立執(zhí)行單元，每個進程都有自己獨立的內(nèi)存空間、資源和執(zhí)行狀態(tài)，不會受到其他進程的影響。
異步性：不同進程之間的執(zhí)行速度是不同的，它們可以相互競爭系統(tǒng)資源，例如 CPU、內(nèi)存、I/O 設(shè)備等。進程之間的執(zhí)行順序是不可預(yù)測的，需要通過操作系統(tǒng)的調(diào)度算法進行管理。
共享性：進程之間可以共享系統(tǒng)資源，例如文件、消息隊列、信號量等。操作系統(tǒng)提供了各種機制來協(xié)調(diào)進程之間的資源共享，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)資源的高效利用。
1.4梳理
2.線程
2.1定義
線程是操作系統(tǒng)中能夠被調(diào)度的最小執(zhí)行單元。一個進程可以包含多個線程，每個線程都是獨立的執(zhí)行流程，擁有自己的程序計數(shù)器、棧和局部變量等線程上下文信息，但共享進程的代碼、數(shù)據(jù)和全局變量等資源。
2.2由來
任務(wù)調(diào)度：任務(wù)調(diào)度是操作系統(tǒng)中的一種機制，它用于協(xié)調(diào)和管理系統(tǒng)中的各種任務(wù)或進程的執(zhí)行順序和優(yōu)先級。任務(wù)調(diào)度器會根據(jù)一定的策略，將CPU時間片分配給需要執(zhí)行的任務(wù)或進程，以實現(xiàn)高效的系統(tǒng)資源利用和響應(yīng)性能。
在任務(wù)調(diào)度的過程中，操作系統(tǒng)會根據(jù)不同的調(diào)度算法來確定任務(wù)的執(zhí)行順序和優(yōu)先級。常見的調(diào)度算法包括先來先服務(wù)（FCFS）、最短作業(yè)優(yōu)先（SJF）、優(yōu)先級調(diào)度、時間片輪轉(zhuǎn)等。
在早期的操作系統(tǒng)中并沒有線程的概念，進程是能擁有資源和獨立運行的最小單位，也是程序執(zhí)行的最小單位。任務(wù)調(diào)度采用的是時間片輪轉(zhuǎn)的搶占式調(diào)度方式，而進程是任務(wù)調(diào)度的最小單位，每個進程有各自獨立的一塊內(nèi)存，使得各個進程之間內(nèi)存地址相互隔離。后來，隨著計算機的發(fā)展，對CPU的要求越來越高，進程之間的切換開銷較大，已經(jīng)無法滿足越來越復雜的程序的要求了，于是就發(fā)明了線程。
2.3內(nèi)容
線程通常由線程 ID、程序計數(shù)器、寄存器集合、棧和狀態(tài)等組成。
線程 ID：每個線程都有一個唯一的線程 ID，用于區(qū)分不同的線程。
程序計數(shù)器：程序計數(shù)器是一個指針，用于記錄當前線程執(zhí)行的位置。當線程被暫?；蚯袚Q時，程序計數(shù)器的值會保存到線程控制塊中，以便下次恢復執(zhí)行。
寄存器集合：線程也擁有自己的寄存器集合，用于保存線程的局部變量和其他狀態(tài)信息。
棧：每個線程都有自己的棧，用于保存函數(shù)調(diào)用時的參數(shù)、返回地址和局部變量等信息。線程棧通常比進程棧小得多，因為線程不需要保存進程的所有狀態(tài)信息。
狀態(tài)：線程可以處于就緒、運行、等待或結(jié)束等不同的狀態(tài)。就緒狀態(tài)表示線程可以立即執(zhí)行，等待狀態(tài)表示線程需要等待某些條件滿足才能執(zhí)行，運行狀態(tài)表示線程正在執(zhí)行，結(jié)束狀態(tài)表示線程已經(jīng)完成執(zhí)行。
java線程狀態(tài)圖：線程狀態(tài)圖-參考博客
線程狀態(tài)圖
2.3.1Java棧
Java棧是Java虛擬機中的一種重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于存儲方法調(diào)用的信息，包括局部變量、方法參數(shù)、返回值等。每個線程在運行時都會有一個對應(yīng)的Java棧。
Java棧中的每個元素稱為棧幀（Stack Frame），用于保存方法調(diào)用的上下文信息。棧幀中包含了局部變量表、操作數(shù)棧、返回地址和異常處理表等信息。
2.3.2幀棧
寄存器的使用
在x86架構(gòu)的CPU中，棧通常從高地址向低地址增長。通用寄存器（General Purpose Registers）：包括eax、ebx、ecx、edx、esi、edi、ebp、esp等8個寄存器。
ebp寄存器（Extended Base Pointer Register）：通常用于指向當前棧幀的基地址（Base Address）
esp寄存器（Extended Stack Pointer Register）：通常用于指向棧頂指針
ebx寄存器（Extended Base Register）：通常用作指針，保存內(nèi)存地址，也用于存儲函數(shù)調(diào)用的返回值。
edi寄存器（Destination Index Register）：通常用于存儲目標地址，例如字符串復制等操作。
esi寄存器（Source Index Register）：通常用于存儲源地址，例如字符串比較等操作。
操作流程：
調(diào)用方法時，會將當前棧幀壓入虛擬機棧中，然后創(chuàng)建新的棧幀，并將ebp和esp寄存器設(shè)置為新棧幀的基地址和棧頂指針。
返回方法時，會彈出當前棧幀，并將ebp和esp寄存器恢復為上一個棧幀的基地址和棧頂指針。
int main()
{
int a = 10;
int b = 20;
int c = 0;
c = max(a, b);
printf( "%d\n", c);
system( "pause");
return 0;
}
int max(int x, int y)
{
int z = 0;
if (x > y)
z = x;
else
z = y;
return z;
}
執(zhí)行順序：
1.esp和ebp分別先指向main（）的棧幀基地址和棧頂
2.從棧底向棧頂方向壓入，分別是參數(shù)、返回地址、main的返回地址、main的ebp基地址
3.最后棧頂會分別壓入ebx、esi、edi寄存器
棧幀中包含了局部變量表、操作數(shù)棧、返回地址和異常處理表等信息。
棧幀內(nèi)容
棧幀中包含了局部變量表、操作數(shù)棧、返回地址和異常處理表等信息。
局部變量表：用于存儲方法中定義的局部變量，包括基本數(shù)據(jù)類型和對象引用等，以索引的方式訪問，從0開始。
操作數(shù)棧：用于存儲操作數(shù)和返回值，通常使用先進先出（FIFO）的方式進行操作。
返回地址：用于保存方法調(diào)用完成后返回的地址，以便程序跳轉(zhuǎn)回原來的調(diào)用點繼續(xù)執(zhí)行。
異常處理表：用于保存方法執(zhí)行過程中可能拋出的異常處理信息，以便在發(fā)生異常時進行處理。
操作數(shù)棧補充：
Java虛擬機規(guī)范中規(guī)定，每個操作數(shù)棧的最大深度不能超過255個棧單元。如果超過了這個限制，將會拋出StackOverflowError異常。操作數(shù)棧的大小受到Java虛擬機內(nèi)存分配的限制，如果內(nèi)存不足，也會拋出OutOfMemoryError異常。
復現(xiàn)方式：無限遞歸回調(diào)
2.4梳理
3.協(xié)程
3.1定義
協(xié)程，英文Coroutines，是一種基于線程之上，比線程更加輕量級的存在，這種由程序員自己寫程序來管理的輕量級線程叫做『用戶空間線程』，具有對內(nèi)核來說不可見的特性。
概念補充：
內(nèi)核線程：由操作系統(tǒng)內(nèi)核創(chuàng)建和管理的一種線程，即跟CPU的物理核數(shù)相關(guān)
超線程技術(shù)（Hyper-Threading Technology）：是一種基于硬件的多線程技術(shù)，將單個物理處理器中增加一個線程調(diào)度器和一組寄存器，用于存儲多個線程的上下文信息，以此實現(xiàn)并行執(zhí)行多個線程的效果。
3.2由來
多線程的缺點
復雜度增加：多線程編程需要考慮線程之間的同步、互斥、協(xié)作等問題，如鎖、信號量、條件變量等，增加了程序的復雜度和開發(fā)難度。
死鎖和競態(tài)條件：多線程之間共享內(nèi)存區(qū)域，容易發(fā)生死鎖、競態(tài)條件等問題，導致程序的不穩(wěn)定性和異常終止。
資源消耗增加：每個線程都需要一定的系統(tǒng)資源，如內(nèi)存、文件句柄、網(wǎng)絡(luò)連接等，大量的線程會導致系統(tǒng)資源的耗盡和浪費。
上下文切換開銷：線程之間的切換需要進行上下文的保存和恢復，會增加系統(tǒng)開銷和延遲，影響程序的性能和響應(yīng)速度。
協(xié)程的優(yōu)點
快速切換：相比線程，協(xié)程沒有自己的調(diào)度器和上下文切換，協(xié)程通常采用生成器（Generator）或異步生成器（Async Generator）實現(xiàn)快速切換。生成器是一種特殊的函數(shù)，可以通過yield關(guān)鍵字暫停函數(shù)的執(zhí)行，并返回一個中間結(jié)果，然后在需要的時候重新開始執(zhí)行。異步生成器是一種特殊的生成器，可以在異步環(huán)境下使用，例如在事件循環(huán)中實現(xiàn)異步操作。
開銷輕量：線程的默認Stack大小是1M，而協(xié)程接近1K，因此可減少多線程的系統(tǒng)資源開銷。
低復雜度：線程的復雜度訪問共有內(nèi)存數(shù)據(jù)時，需要考慮鎖、信號量、條件變量等，由此衍生出死鎖和各種競爭狀態(tài)，協(xié)程由于生成器是一種特殊的等待函數(shù)，可實現(xiàn)同步返回和恢復執(zhí)行，且異步生成器則是異步返回和恢復執(zhí)行，由此解決多線程網(wǎng)絡(luò)通信、I/O操作等的死鎖和競爭問題。
3.3原理
生成器：一種同步的生成器，它通過yield關(guān)鍵字來逐步生成數(shù)據(jù)。在生成器函數(shù)中，當執(zhí)行到y(tǒng)ield語句時，生成器會將當前狀態(tài)保存下來，并將yield語句后面的值返回給調(diào)用方。當調(diào)用方需要獲取下一個元素時，生成器會恢復之前保存的狀態(tài)，并從上一次的yield語句處繼續(xù)執(zhí)行，生成下一個元素。生成器的應(yīng)用場景主要是處理大量數(shù)據(jù)的場景，例如數(shù)據(jù)分頁、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等。
異步生成器：異步生成器是基于異步迭代器（Async Iterator）實現(xiàn)的，可以處理異步的數(shù)據(jù)源。當異步生成器需要生成下一個元素時，它會暫停當前的協(xié)程執(zhí)行，等待異步數(shù)據(jù)源返回數(shù)據(jù)后再生成下一個元素。異步生成器的應(yīng)用場景主要是處理異步數(shù)據(jù)源、網(wǎng)絡(luò)通信等場景。
協(xié)程最重要的特點是支持掛起和恢復操作。在協(xié)程中，可以通過掛起函數(shù)將協(xié)程掛起，并將協(xié)程的狀態(tài)保存下來，以便后續(xù)恢復執(zhí)行。協(xié)程的掛起和恢復是由程序員手動控制的，因此可以更靈活地控制程序的執(zhí)行順序和并發(fā)度。
3.4梳理
博客參考：
