小孩子都能懂的进程、线程、绿色线程教程

[Jiraiya]

左图：单核细胞，右图，多细胞核

用户角度

打开电脑后，就可以同时使用多个应用程序。可以一边上网，一边听音乐，一边微信聊天，一边用vscode写代码。

操作系统角度

对于操作系统来说，它需要做的事情就是如何管理这些应用程序。用什么去管理呢？首先需要把这些应用程序抽象出来，叫做什么呢，就叫做进程吧。有些App运行起来，可能仅仅需要一个进程去维护应用的状态，而有些则需要多个进程。例如一个浏览器，某个进程负责渲染页面，某个进程负责播放音乐。像浏览器这种软件，可以打开多个窗口，每个窗口都有独立的进程去维护。

进程有什么特点呢？

• 每个进程都有自己的私密小花园，这片内存空间，只有进程自己能够访问，其他进程都是不能访问的。

那么进程之间怎么交流呢？进程之间交流用的是IPC，这个暂且不表。

线程又是什么呢？和进程有啥区别？

线程位于进程之中，可以理解为进程的孩子。他们都可以到自己家的私密小花园上玩耍。但不能到别的进程的私密小花园中玩耍。

线程存在的意义？

如果把进程比作父母，线程可以比作孩子。有一项任务，去花园里除草。你只有一个孩子，那么完成除草这个任务如果需要30分钟的话。如果你有三个孩子，三个孩子一起去除草，大约只需要10分钟就能完成花园除草。

所以：多线程可以提高工作效率。 但是强招必自损，多线程自然也有多线程的缺点。

绿色线程：亲生的孩子

java把线程分为两类，那么前面讲的线程，可以说是进程领养的孩子。这些孩子都需要向操作系统去申请领养。但是绿色线程就不同了，这是进程亲生的。本质上说：绿色线程实际上是一种模拟的线程

• 不是所有操作系统都能提供多线程的服务，如果上层想使用多线程，那么只能自己模拟。
• 绿色线程因为是模拟线程，也有很明显的优点，例如易于创建和销毁。你跟你老婆想要个二胎，那是很容易的。但是如果你想去领养一个孩子，那么自然是需要向相关政府部门填写一些申请之类的文件。这个自然是效率要比自己生第一点。在编程语言中 Go, Haskell or Rust使用的就是绿色线程。

孩子太多的烦恼

家里有一个孩子，父母如果给孩子买了一件新衣服，那么自然是不需要争抢的。如果有多个小孩，那就必须要解决：新衣服给谁穿的难题？ 这个问题自古以来就是难以解决，一般都是长子继承制，但是也有一些小儿子不服气，最后闹个家破人亡的局面。

资源：新衣服
使用者：大儿子，二儿子，小女儿
可能结果：

1. 大儿子、二儿子，小女儿为了争抢衣服，大打出手，最终一不小心，衣服给撕烂了，谁也穿不上
2. 大儿子穿了
3. 二儿子穿了
4. 小女儿穿了

这个在编程语言中可以表示为：

var a

// 线程1
a = 1

// 线程2
a = 2

// 线程3
a = 3

// 线程4 并不去对变量a进行写操作，而是要去读取a的值，那么a的值是什么呢？
a ?

并发与并行

• 并行是并发的一种
• 并发是有一个或多个任务队列轮流使用一个执行装置(cpu 单core)
• 并行是每个任务队列都有一个独占的执行装置(cpu 多core)

多线程的底层依据：单核CPU跑多线程？

**一个CPU核心，同一时间内，只能执行一个任务。**无论上层的是什么语言，即使该语言运行着多线程的任务，任务之间也是轮流去使用一个CPU资源。

有时候，在单核CPU上，多线程也并不能提高程序性能。只有一个炒菜锅，一个厨师一天可以炒80盘酸辣土豆丝，一百个厨师一天估计只能炒40盘土豆丝。在整个炒菜的的任务上，无论再添加多少厨师，都无法提高一天炒的土豆丝的盘数。

边界漫步：同步与异步

异步在程序的边界产生，边界就是程序自己无法控制，只能寻求外部系统帮助的缝隙。例如：假如你自己本身是一种编程语言的话，你能跑步，你能吃饭，你能唱歌，这些都是你能力范围之内的事情。如果你想和拥有打电话的能力，你本身并不能打电话，你只能去买一个手机，你需要借助手机的能力。当边界产生时，也会产生时间的缝隙。因不可能想买手机就立马拥有手机，最快的快递可能也需要一段时间。

君子生非异也，善假于物也。《荀子·劝学》

程序在赋值，条件判断，或者循环的时候。这些都是同步的，但是当程序需要去外部获取资源时，这时候就产生了异步的边界。

举例来说：妈妈在炒菜的时候突然发现没有酱油了，让小新去买酱油。小新到小卖部是需要花费时间的。妈妈这时候有两种策略，

1. 在厨房里等着，啥也不做，直到小新把酱油买回来，再炒菜，这叫同步。
2. 先洗洗菜，做米饭，等小新什么时候回来，什么时候再炒菜，这叫异步。

$.get('酱油')
.done(function(res){
    // 继续做菜
    mother.continueCook()
})
.fail(function(err){
   // 为什么没买到酱油
  console.log(err)
})
mother.doSomethingElse()

原子性

原子性是指一个操作是无法分割的。你可能以为一个赋值语句a = 1是原子的，是无法分割的。但是在应用层是原子操作，当这个操作逐渐下沉的时候，你永远不知道这个赋值语句会被拆分成多少条语句。实际上，任何语言都是无法保证原子性的。

const a = 1

参考：

• A gentle introduction to multithreading
• unicellular-vs-multicellular

[heiheilong]

真通俗易懂啊