线程进程协程和GIL

Posted 2021-02-01 ss-py

　　参考链接：https://www.cnblogs.com/alex3714/articles/5230609.html

　　　　　　　https://www.cnblogs.com/work115/p/5620272.html

　　编程离不开并发，而并发的基础就离不开线程、进程、协程。那么什么是线程、进程、协程呢？

进程：

　　进程是对资源进行分配和调度的最小单位，是操作系统结构的基础，是线程的容器（就像是一幢房子，一个空壳子，并不能运动）。

　　线程的概念主要有两点：

　　　　1、进程是一个实体，每个进程都有自己的地址空间，一般包括文本区域（text region）、数据区域（data region）和堆栈（stack region）

　　　　文本区域存储处理器执行的代码；数据区域存储变量和进程在执行期间所使用的动态分配的内存；堆栈区域存储在活动过程中所调用的指令和本地变量

　　　　2、进程是一个“执行中的程序”。程序是一个没有生命的实体，只有在操作系统调用时，他才会成为一个活动的实体：进程。

线程：

　　线程被称为轻量级进程，是操作系统能够运算调度的最小单位，线程被包含在进程中，是进程中实际处理单位（就像是房子里的人，人才能动）

　　  一个标准的线程由线程ID，当前指令指针(PC），寄存器集合和堆栈组 成。另外，线程是进程中的一个实体，是被系统独立调度和分派的基本单位，

　　线程自己不拥有系统资源，只拥有一点儿在运行中必不可少的资源，但它可与同属一个 进程的其它线程共享进程所拥有的全部资源。

　　一个线程可以创建和撤消另一个线程，同一进程中的多个线程之间可以并发执行。由于线程之间的相互制约，致使线程 在运行中呈现出间断性。

　　线程也有就绪、阻塞和运行三种基本状态。就绪状态是指线程具备运行的所有条件，逻辑上可以运行，在等待处理机；

　　运行状态是指线程占有处理机正在运行；阻塞状态是指线程在等待一个事件（如某个信号量），逻辑上不可执行。

　　每一个程序都至少有一个线程，若程序只有一个线程，那就是程序本身。

进程与线程的区别：

　　进程是资源分配的最小单位，线程是系统调度（程序执行）的最小单位。

　　进程有自己独占的地址空间，每启动一个进程，系统就需要为它分配地址空间；

　　而一个进程下所有线程共享该进程的所有资源，使用相同的地址空间，因此CPU在线程之间切换远远比在进城之间切换花费小，而且创建一个线程的开销也远远比开辟一个进程小得多。

　　线程之间通信更加方便，同一进程下所有线程共享全局变量、静态变量等数据。而进程之间通信需要借助第三方。

　　线程只能归属于一个进程并且它只能访问该进程所拥有的资源。当操作系统创建一个进程后，该进程会自动申请一个名为主线程或首要线程的线程。

　　处理IO密集型任务或函数用线程；

　　处理计算密集型任务或函数用进程。

协程：

　　协程又叫微线程，一个程序可以包含多个协程，就好比一个进程包含多个线程。协程的调度完全由用户控制。

　　协程拥有自己的寄存器上下文和栈。协程调度切换时，将寄存器上下文和栈保存到其他地方，在切回来的时候，恢复先前保存的寄存器上下文和栈，

　　直接操作栈则基本没有内核切换的开销，可以不加锁的访问全局变量，所以上下文的切换非常快。

　　和线程的阻塞是有本质区别的。协程的暂停完全由程序控制，线程的阻塞状态是由操作系统内核来进行切换。

　　因此，协程的开销远远小于线程的开销。

线程和协程的区别：

　　一个线程可以多个协程，一个进程也可以单独拥有多个协程，这样python中则能使用多核CPU。

　　线程进程都是同步机制，而协程则是异步

　　协程能保留上一次调用时的状态，每次过程重入时，就相当于进入上一次调用的状态

 

　　我们常说python中的多线程都是假的，因为无论你启多少个线程，你有多少个cpu, Python在执行的时候会淡定的在同一时刻只允许一个线程运行。

　　这又是为什么呢？其实这主要是由于GIL的存在而造成的，那么GIL又是什么呢？

GIL：

 　　GIL(Global Interpreter Lock) 全局解释器锁

　　官方解释：In CPython, the global interpreter lock, or GIL, is a mutex that prevents multiple native threads from executing Python bytecodes at once.

　　This lock is necessary mainly because CPython’s memory management is not thread-safe. (However, since the GIL exists, other features have grown to depend on the guarantees that it enforces.

　　什么意思呢？在CPython中，全局解释器锁是一个互斥锁，它可以防止多个本机线程同时执行Python字节码。这个锁是必要的，主要是因为CPython的内存管理不是线程安全的。简而言之，GIL其实就是一个全局排它锁，他规定了在同一时间仅仅只能有一个线程来对数据进行操作。

　　首先说一下，这个GIL并不是python的缺陷，它仅仅在CPython中存在，这是因为在最初，python是由C写的，在起线程时是直接调用的操作系统的系统线程。

　　所以GIL仅仅在Cpython的python解释器中存在该问题，其他的如JPython就没有这个问题，但是大多数的python执行环境默认使用CPython解释器，

　　所以GIL这个问题比较常见。

　

　　理清了进程、线程、协程和GIL的基本概念，下一篇博客我们再来说说在Python中如何创建线程、进程、协程。

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