python多线程和多进程、协程入门讲解（笔记）

偏执的太偏执、 2023-07-15 09:18 35阅读 0赞

进程和线程究竟是什么？如何使用进程和线程？什么场景下需要使用进程和线程？协程又是什么？

协程和线程的关系和区别有哪些？

程序切换-CPU时间的分配

首先，我们的任何一个程序都需要运行在一个操作系统中，如Windows XP,RedHat Linux,FreeBSD,AIX等；

其次，在操作系统中运行的程序，不止一个，而是成百上千个不同功能的程序，如键盘驱动，显示器驱动，HTTP服务，

游戏，聊天，网页……；

最后，CPU等资源是有限的，在这成百上千个程序中，不可能每个程序都占用一个CPU来运行，

也不可能每个程序只运行一次很短的时间；

那么如何来给应用程序分配CPU,内存等确定数量的资源？

通过 程序切换 来实现

是的，操作系统自动为每个程序分配一些CPU/内存/磁盘/键盘/显示器等资源的使用时间，过期后自动切换到下一个程序。

当然，被切换的程序，如果没有执行完，它的状态会被保存起来，方便下次轮询到的时候继续执行。

实际中，这种切换很快（毫秒级），所以我们感觉不到，好像电脑能自然的同时执行多个软件。

进程

进程，就是这种“程序切换”的第一种方式。

定义

进程，是执行中的计算机程序。也就是说，每个代码在执行的时候，首先本身即是一个进程。

一个进程具有：就绪，运行，中断，僵死，结束等装态（不同操作系统不一样）。

使用

1.用户编写代码（代码本身是以进程运行的）

2.启动程序，进入进程“就绪”装态

3.操作系统调度资源，做“程序切换”，使得进程进入“运行”装态

4.结束/中断

1.程序执行完，则进入“结束”装态

2.程序未执行完，但操作系统达到“程序切换”的要求，进入“中断”装态，等待下次被调度后执行

特性

.每个程序，本身就是一个进程

.运行中每个进程都拥有自己的地址空间、内存、数据栈及其它资源。

.操作系统本身自动管理着所有的进程（不需要用户代码干涉），并未这些进程合理分配可以执行时间。

.进程可以通过派生新的进程来执行其它任务，不过每个进程还是都拥有自己的内存和数据栈等。

.进程间可以通讯（发消息和数据），采用进程间通信（IPC）方式。

说明

.多个进程可以在不同的CPU上运行，互不干扰

.同一个CPU上，可以运行多个进程，由操作系统来自动分配时间片

.由于进程间资源不能共享，需要进程间通信，来发送数据，接受信息等

多进程，也称为“并行”

<a>思考：Linux下的进程获取？？<a />

线程

线程，也是“程序切换”的一种方式

定义

线程，是在进程中执行的代码。

一个进程下可以运行多个线程，这些线程之间共享主进程内申请的操作系统资源。

在一个进程中启动多个线程的时候，每个线程按照顺序执行。现在的操作系统中，也支持线程抢占，

也就是说其它等待运行的线程，可以通过优先级，信号灯方式，将运行的线程挂起，自己先运行。

使用

1.用户编写包含线程的程序（每个程序本身都是一个进程）

2.操作系统“程序切换”进入当前进程

3.当前进程包含了线程，则启动线程

4.多个线程，则按照顺序执行，除非抢占

特性

.线程，必须在一个运行的进程中启动运行

.线程使用进程获得的系统资源，不会像进程那样需要申请CPU等资源

.线程无法给予公平执行时间，它可以被其他线程抢占，而进程按照操作系统的设定分配执行时间

.每个进程中，都可以启动很多个线程

说明

多线程，也被称为“并发”执行。

<a>思考：Linux下的程序获取方法？？<a />

进程和线程的区别

一个进程中的各个线程与主进程共享相同的资源，与进程间互相独立相比，线程之间信息共享和通信更加容易

（都在进程中，并且共享内存等）

线程一般以并发执行，正是由于这种并发和数据共享机制，使多任务间的协作称为可能。

进程一般以并行执行，这种并行能使得程序能同时在多个CPU上运行；

区别于多个线程只能在进程中申请到的“时间片”内运行（一个CPU内的进程，启动了多个线程，线程调度共享

这个进程的可执行时间片），进程可以真正实现程序的“同时”运行（多个CPU同时运行）。

进程和线程的常用应用场景

一般来说，在Python中编写并发程序的经验：

1.计算密集型任务使用多进程

2.IO密集型（如：网络通讯）任务使用多线程，较少使用多线程，

这是由于IO操作需要独占资源，比如

1.网络通讯（微观上每次只有一个人说话，宏观上看起来像同时聊天）每次只能有一个人说话

2.文件读写同时只能有一个程序操作（如果两个程序同时给同一个文件写入‘a’,‘b’，那么到底写入文件的哪个呢？）

都需要控制资源每次只能有一个程序在使用，在多线程中，由主进程申请IO资源，多线程逐个执行，哪怕抢占了，

也是逐个运行，感觉上“多线程”并发执行了。

如果多进程，除非一个进程结束，否则另外一个完全不能用，显然多进程就“浪费”资源了。

当然如上解释可能还不足够立即理解问题所在，让我们通过不断的实操来体验其中的“门道”。

协程

协程，也是“程序切换”的一种。

这里提一个特殊的“线程”，也就是协程的概念。

定义

简单说，协程也是线程，只是协程的调度并不是由操作系统调度，而是自己“协同调度”。

也就是“协程是不通过操作系统调度的线程”。当然，实际要比这更复杂一些，本课程不研究协程技术，

对于这个很有挑战的技术，在我们完全掌握了进程、线程后，自然会理解问题渊源。

协程，又称微线程。

说明

协程的主要特色是：

协程间是协同调度的，这使得并发数量数万以上的时候，协程的性能是渊源高于线程。

注意这里也是“并发”，不是“并行”。

——<分享是一种习惯，知识来自四面八方，无时无刻都可以汲取甘露得以升华，记住了就是你的，就不住就是别人的>

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