一個故事講完進程、線程和協程

知識 06-09

來自：碼農翻身（微信號：coderising）

很久以前，有兩個程序，暫且稱他們旺財和小強吧。

旺財和小強這兩個程序都很長，每個都有十幾萬行。他們兩個的人生價值就是到CPU上去運行，把運行結果告訴人類。

CPU是稀缺資源，只有一個，他們倆必須排著隊，輪流使用。

旺財從頭到尾執行完了，讓出CPU，讓小強從頭兒去執行。

人類把這種處理方式叫做

批處理

。

進程

長久以來，兩人相安無事。後來CPU的速度越來越快，遠遠超過了內存，硬碟的速度。

人類想到，這批處理系統的效率有點低啊，你看當小強需要從硬碟上讀取數據的時候，CPU也一直在等待，這是多大的浪費啊！這時候完全可以讓旺財來運行一下嘛！

當然得保存好小強的

執行現場

：具體執行到那一行程序指令了，函數調用到什麼層次了，每個函數調用都有什麼樣的參數，CPU寄存器中的值..... 等等一系列東西。

如果不把小強的執行現場給保存下來，等到小強的數據從銀盤讀完了，就沒法回到中斷處來繼續執行了。

這個執行現場，再加上小強的代碼，就是一個執行中的程序，被稱為「

進程

」。

旺財和小強在運行的時候，也被改造成了進程。

人類還規定：進程不能長時間佔據CPU，只能在CPU上執行一小會兒，然後馬上切換到別的進程去執行。

旺財和小強不以為意：不就是執行一會兒，歇一會兒，然後繼續執行嘛！

但是他們不知道的是，由於CPU運行速度超快，旺財和小強雖然在不斷地切換運行，在人類那緩慢的世界裡看來，旺財和小強好像是同時在執行一樣。這就是

並發

。

（在人類看來，小強和旺財似乎是在同時執行）

多年以後，他們倆才真正地實現了

並行

：在一個豪華電腦中，每人都被分配了一個CPU ，真正地同時執行，這是後話了。

線程

這時候旺財已經有了界面，還能訪問網路，每當它聯網的時候（這也是個非常非常耗時的操作），就得把CPU讓給小強。

即使旺財再次被調度執行，由於網路數據還沒有返回，他必須等待，什麼事情都做不了，在人類看來，界面根本無法操作，旺財不響應了！氣得人類經常把旺財kill掉。

旺財心裡苦，他很納悶小強怎麼就沒有問題，小強不是要讀寫硬碟嗎？那也是很慢的操作啊。

小強說：「你傻啊，內部只有一個執行的流程，一遇到耗時的操作就得等待，你看看我，內部搞了兩個執行流程（

線程

），一個用來讀寫硬碟（T1)，另外一個處理界面(T2)。我和操作系統商量好了，如果T1在讀寫硬碟，就可以調度我的T2來執行，這樣界面至少還可以操作。」

旺財覺得很有意思，也採用了類似辦法。

於是，一個進程中至少有一個執行的流程（主線程），也可以開啟新的執行流程（線程）。

線程變成了最小的調度單位。

協程

這一天，旺財被一個叫做生產者和消費者的問題折騰地死去活來，兩個線程，一個線程向隊列中放數據，另外一個從隊列中取數據，處理起兩個線程的協作就顯得很麻煩，不但需要加鎖，還得做好線程的通知和等待。

正在感慨多線程編程之難的時候，旺財震驚地發現，小強用了一個極為簡單的辦法把生產者，消費者問題給解決了。

這個方法的代碼如下：

# 生產者


def
 
 
producer
(c)
:
   
    #其他代碼  

    while
 True
:          
        value = ...生成數據...
        c.send(value)
# 消費者

def
 consumer
()
:
    
    #其他代碼      

    while
 True
:
        value = yield
 
        print(value)

c = consumer() producer(c)

「這....這怎麼執行啊，那個yield是怎麼回事？」旺財表示不解。

「簡單啊，你看那個生產者，是不是向消費者發送了數據？」小強說。

「對啊，然後呢，生產者發送了數據以後，會馬上進行下一輪循環嗎？」

「這就是關鍵所在了，」小強說，「它們是這麼執行的：」

生產者發送數據，暫停運行，不進行下一輪循環

消費者其實一直在value = yield 那裡等待，直到數據到來，現在數據來了，取出處理（value就是生產者發送過來的數據）。

消費者在循環中再次yield，暫停執行。

生產者繼續下一輪的循環，生成新的消息，發送給消費者。

旺財覺得很吃驚，小強竟然

可以讓一個正在執行的程序暫停

，他不由得問道：「你這個暫停是真的停止了了，還是說只是像Java的yield那樣，讓出CPU進入了就緒狀態？等待下次調度運行？」

「是真的暫停了，程序就停在那裡，等待運行控制權從對方那裡轉移過來。」

「這不是操作系統乾的事情嗎？」旺財更加吃驚了。

「正是這樣，」小強得意地說：「我打算把類似生產者，消費者這樣的代碼稱為『

協程

』，這個協程有個重要的特點，就是完全被我所調度和掌控，不用操作系統介入。」

「這個協程和線程似乎很像啊。每次協程停止執行的時候，也得保存現場，要不然沒法恢復執行。」旺財說。

「是啊，只是他們

比線程更加輕量級

，操作系統內核不用參與，相當於用戶態線程了，

協程的開銷極小

，可以輕鬆地創建大量的協程來做事情。對了，也許你注意到了，我這兩個協程是"

合作式

"的，它們兩個同一時刻只能有一個在運行。實際上，我在底層可以用一個線程去執行這兩個協程。」

旺財表示同意：「不錯，既然兩個程序可以"合作"，那就不用加鎖了，也不用在代碼里寫什麼wait和notify了，在程序層面，可以用同步的方式實現非同步的功能了！代碼很清晰，我也搞個協程來玩玩吧！」

（完）

●編號512，輸入編號直達本文

●輸入m獲取文章目錄