進(jìn)程

進(jìn)程的出現(xiàn)是為了更好的利用CPU資源使到并發(fā)成為可能。 假設(shè)有兩個(gè)任務(wù)A和B，當(dāng)A遇到IO操作，CPU默默的等待任務(wù)A讀取完操作再去執(zhí)行任務(wù)B，這樣無(wú)疑是對(duì)CPU資源的極大的浪費(fèi)。聰明的老大們就在想若在任務(wù)A讀取數(shù)據(jù)時(shí)，讓任務(wù)B執(zhí)行，當(dāng)任務(wù)A讀取完數(shù)據(jù)后，再切換到任務(wù)A執(zhí)行。注意關(guān)鍵字切換，自然是切換，那么這就涉及到了狀態(tài)的保存，狀態(tài)的恢復(fù)，加上任務(wù)A與任務(wù)B所需要的系統(tǒng)資源（內(nèi)存，硬盤，鍵盤等等）是不一樣的。自然而然的就需要有一個(gè)東西去記錄任務(wù)A和任務(wù)B分別需要什么資源，怎樣去識(shí)別任務(wù)A和任務(wù)B等等。登登登，進(jìn)程就被發(fā)明出來(lái)了。通過(guò)進(jìn)程來(lái)分配系統(tǒng)資源，標(biāo)識(shí)任務(wù)。如何分配CPU去執(zhí)行進(jìn)程稱之為調(diào)度，進(jìn)程狀態(tài)的記錄，恢復(fù)，切換稱之為上下文切換。進(jìn)程是系統(tǒng)資源分配的最小單位，進(jìn)程占用的資源有：地址空間，全局變量，文件描述符，各種硬件等等資源。

線程

線程的出現(xiàn)是為了降低上下文切換的消耗，提高系統(tǒng)的并發(fā)性，并突破一個(gè)進(jìn)程只能干一樣事的缺陷，使到進(jìn)程內(nèi)并發(fā)成為可能。假設(shè)，一個(gè)文本程序，需要接受鍵盤輸入，將內(nèi)容顯示在屏幕上，還需要保存信息到硬盤中。若只有一個(gè)進(jìn)程，勢(shì)必造成同一時(shí)間只能干一樣事的尷尬（當(dāng)保存時(shí)，就不能通過(guò)鍵盤輸入內(nèi)容）。若有多個(gè)進(jìn)程，每個(gè)進(jìn)程負(fù)責(zé)一個(gè)任務(wù)，進(jìn)程A負(fù)責(zé)接收鍵盤輸入的任務(wù)，進(jìn)程B負(fù)責(zé)將內(nèi)容顯示在屏幕上的任務(wù)，進(jìn)程C負(fù)責(zé)保存內(nèi)容到硬盤中的任務(wù)。這里進(jìn)程A，B，C間的協(xié)作涉及到了進(jìn)程通信問(wèn)題，而且有共同都需要擁有的東西-------文本內(nèi)容，不停的切換造成性能上的損失。若有一種機(jī)制，可以使任務(wù)A，B，C共享資源，這樣上下文切換所需要保存和恢復(fù)的內(nèi)容就少了，同時(shí)又可以減少通信所帶來(lái)的性能損耗，那就好了。是的，這種機(jī)制就是線程。線程共享進(jìn)程的大部分資源，并參與CPU的調(diào)度, 當(dāng)然線程自己也是擁有自己的資源的，例如，棧，寄存器等等。 此時(shí)，進(jìn)程同時(shí)也是線程的容器。線程也是有著自己的缺陷的，例如健壯性差，若一個(gè)線程掛掉了，整一個(gè)進(jìn)程也掛掉了，這意味著其它線程也掛掉了，進(jìn)程卻沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題，一個(gè)進(jìn)程掛掉，另外的進(jìn)程還是活著。

協(xié)程

協(xié)程通過(guò)在線程中實(shí)現(xiàn)調(diào)度，避免了陷入內(nèi)核級(jí)別的上下文切換造成的性能損失，進(jìn)而突破了線程在IO上的性能瓶頸。 當(dāng)涉及到大規(guī)模的并發(fā)連接時(shí)，例如10K連接。以線程作為處理單元，系統(tǒng)調(diào)度的開(kāi)銷還是過(guò)大。當(dāng)連接數(shù)很多 —> 需要大量的線程來(lái)干活 —> 可能大部分的線程處于ready狀態(tài) —> 系統(tǒng)會(huì)不斷地進(jìn)行上下文切換。既然性能瓶頸在上下文切換，那解決思路也就有了，在線程中自己實(shí)現(xiàn)調(diào)度，不陷入內(nèi)核級(jí)別的上下文切換。說(shuō)明一下，在歷史上協(xié)程比線程要出現(xiàn)得早，在1963年首次提出, 但沒(méi)有流行開(kāi)來(lái)。為什么沒(méi)有流行，沒(méi)有找到信服的資料，先挖個(gè)坑，以后那天了解后，再補(bǔ)上。

小結(jié)

進(jìn)程，線程，協(xié)程不斷突破，更高效的處理阻塞，不斷地提高CPU的利用率。但是并不是說(shuō)，線程就一定比進(jìn)程快，而協(xié)程就一定不線程要快。具體還是要看應(yīng)用場(chǎng)景?？梢院?jiǎn)單粗暴的把應(yīng)用分為IO密集型應(yīng)用以及CPU密集型應(yīng)用。

多核CPU，CPU密集型應(yīng)用
此時(shí)多線程的效率是最高的，多線程可以使到全部CPU核心滿載，又避免了協(xié)程間切換造成性能損失。當(dāng)CPU密集型任務(wù)時(shí)，CPU一直在利用著，切換反而會(huì)造成性能損失，即便協(xié)程上下文切換消耗最小，但也還是有消耗的。

多核CPU，IO密集型應(yīng)用
此時(shí)采用多線程多協(xié)程效率最高，多線程可以使到全部CPU核心滿載，而一個(gè)線程多協(xié)程，則更好的提高了CPU的利用率。

單核CPU，CPU密集型應(yīng)用
單進(jìn)程效率是最高，此時(shí)單個(gè)進(jìn)程已經(jīng)使到CPU滿載了。

單核CPU，IO密集型應(yīng)用
多協(xié)程，效率最高。例如，看了上面應(yīng)該也是知道的了

并發(fā)與并行

并行

并行就是指同一時(shí)刻有兩個(gè)或兩個(gè)以上的“工作單位”在同時(shí)執(zhí)行，從硬件的角度上來(lái)看就是同一時(shí)刻有兩條或兩條以上的指令處于執(zhí)行階段。所以，多核是并行的前提，單線程永遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到并行狀態(tài)?？梢岳枚嗑€程和度進(jìn)程到達(dá)并行狀態(tài)。另外的，Python的多線程由于GIL的存在，對(duì)于Python來(lái)說(shuō)無(wú)法通過(guò)多線程到達(dá)并行狀態(tài)。

并發(fā)

對(duì)于并發(fā)的理解，要從兩方面去理解，1.并發(fā)設(shè)計(jì) 2.并發(fā)執(zhí)行。先說(shuō)并發(fā)設(shè)計(jì)，當(dāng)說(shuō)一個(gè)程序是并發(fā)的，更多的是指這個(gè)程序采取了并發(fā)設(shè)計(jì)。

并發(fā)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)：使多個(gè)操作可以在重疊的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行 ，這里的重點(diǎn)在于重疊的時(shí)間內(nèi)， 重疊時(shí)間可以理解為一段時(shí)間內(nèi)。例如：在時(shí)間1s秒內(nèi), 具有IO操作的task1和task2都完成，這就可以說(shuō)是并發(fā)執(zhí)行。所以呢，單線程也是可以做到并發(fā)運(yùn)行的。當(dāng)然啦，并行肯定是并發(fā)的。一個(gè)程序能否并發(fā)執(zhí)行，取決于設(shè)計(jì)，也取決于部署方式。例如, 當(dāng)給程序開(kāi)一個(gè)線程（協(xié)程是不開(kāi)的），它不可能是并發(fā)的，因?yàn)樵谥丿B時(shí)間內(nèi)根本就沒(méi)有兩個(gè)task在運(yùn)行。當(dāng)一個(gè)程序被設(shè)計(jì)成完成一個(gè)任務(wù)再去完成下一個(gè)任務(wù)的時(shí)候，即便部署是多線程多協(xié)程的也是無(wú)法達(dá)到并發(fā)運(yùn)行的。

并行與并發(fā)的關(guān)系: 并發(fā)的設(shè)計(jì)使到并發(fā)執(zhí)行成為可能，而并行是并發(fā)執(zhí)行的其中一種模式。