程序,執行緒和協程

2021-10-07 11:20:47 字數 1296 閱讀 9357

程序(process)和執行緒(thread)是程式設計師必需掌握的核心知識。而多程序和多執行緒程式設計對於**的並行併發執行,提公升**效率和縮短執行時間至關重要。

簡單總結

程序是資源分配的單位

執行緒是作業系統排程的單位

程序切換需要的資源很最大,效率很低

執行緒切換需要的資源一般,效率一般(當然了在不考慮gil的情況下)

協程切換任務資源很小,效率高

多程序、多執行緒根據cpu核數不一樣可能是並行的,但是協程是在乙個執行緒中所以是併發

計算機的核心是cpu,它承擔了所有的計算任務。它就像一座工廠,時刻在執行。

假定工廠的電力(共享資源)有限,一次只能供給乙個車間使用。也就是說,乙個車間開工的時候,其他車間都必須停工。背後的含義就是,因為(電力)資源有限,單個cpu一次只能執行乙個任務(只能把有限資源分配給乙個車間)。

編者注: 多核的cpu就像有了多個發電廠,使得多車間同時開工。

程序就好比工廠的車間,它代表cpu所能處理的單個任務。任一時刻,cpu總是執行乙個程序,其他程序處於非執行狀態。

乙個車間裡,可以有很多任務人。他們協同完成乙個任務。

執行緒就好比車間裡的工人。乙個程序可以包括多個執行緒。

車間的空間是工人們共享的,比如許多房間是每個工人都可以進出的。這象徵乙個程序的記憶體空間是共享的,每個執行緒都可以使用這些共享記憶體。

可是,每間房間的大小不同,有些房間最多只能容納乙個人,比如廁所。裡面有人的時候,其他人就不能進去了。這代表乙個執行緒使用某些共享記憶體時,其他執行緒必須等它結束,才能使用這一塊記憶體。

乙個防止他人進入的簡單方法,就是門口加一把鎖。先到的人鎖上門,後到的人看到上鎖,就在門口排隊,等鎖開啟再進去。這就叫"互斥鎖"(mutual exclusion,縮寫 mutex),防止多個執行緒同時讀寫某一塊記憶體區域。

還有些房間,可以同時容納n個人,比如廚房。也就是說,如果人數大於n,多出來的人只能在外面等著。這好比某些記憶體區域,只能供給固定數目的執行緒使用。

這時的解決方法,就是在門口掛n把鑰匙。進去的人就取一把鑰匙,出來時再把鑰匙掛回原處。後到的人發現鑰匙架空了,就知道必須在門口排隊等著了。這種做法叫做"訊號量"(semaphore),用來保證多個執行緒不會互相衝突。

不難看出,mutex是semaphore的一種特殊情況(n=1時)。也就是說,完全可以用後者替代前者。但是,因為mutex較為簡單,且效率高,所以在必須保證資源獨佔的情況下,還是採用這種設計。

互斥鎖在python中的實現

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