进程、线程和协程的区别：

1. 定义

  • 进程：操作系统资源分配的基本单位，是一个独立运行的程序实例。每个进程有独立的内存空间、全局变量和系统资源。
  • 线程：是进程中的一个执行单元，是CPU调度的基本单位。多个线程共享同一个进程的内存和资源。
  • 协程：是一种用户态的轻量级线程，由程序自身控制调度。协程可以在一个线程内实现多任务切换，而不依赖操作系统内核。

2. 资源分配

  • 进程：每个进程拥有独立的地址空间，系统为其分配资源（如内存、文件句柄）。进程之间资源完全隔离。
  • 线程：同一进程中的线程共享进程的地址空间和资源（如全局变量、文件描述符等）。
  • 协程：协程是基于线程或进程的用户态执行单元，不直接由操作系统分配资源，仅共享其所在线程/进程的资源。

3. 调度方式

  • 进程：进程的调度是由操作系统的内核完成的。操作系统根据一定的调度算法（如先来先服务、时间片轮转、优先级调度等）来分配 CPU 时间给不同的进程。
  • 线程：线程的调度同样主要由操作系统内核来完成。在内核的线程调度器的管理下，根据线程的优先级、等待状态等因素来分配 CPU 时间。
  • 协程：由程序自身调度（用户态切换），无需操作系统介入，调度开销最小。协程通过主动让出控制权（如yield或await）实现切换。

4. 上下文切换开销

  • 进程：进程切换需要保存和恢复独立的内存空间和资源，开销最大。
  • 线程：线程切换比进程轻量，但需要保存和恢复线程的寄存器状态，仍需内核态支持，开销中等。
  • 协程：协程切换发生在用户态，不涉及内核调度，仅保存与恢复寄存器、堆栈等状态，开销最小。

5. 通信方式

  • 进程：进程之间是完全独立的，每个进程拥有自己的内存空间。需要通过操作系统内核来实现通信，开销较大，但安全性高。常见的进程通信方式有共享内存、消息队列和管道等。
  • 线程：线程共享同一进程的内存和资源，通信比进程间简单。由于共享资源，容易产生竞争，需借助锁和信号量等同步机制。
  • 协程：协程之间共享线程的资源，因此通信更高效，不涉及操作系统内核。通常使用队列、Channel、事件等方式进行通信

6. 并发与并行

  • 进程：可实现真正的并行，多个进程可以运行在不同的CPU核心上。
  • 线程：可实现并行（在多核CPU上），但因为共享内存资源，容易出现竞争问题。
  • 协程：协程本质上是并发（通过时间片或事件循环模拟），不一定是真正的并行。需要配合多线程或多进程来利用多核CPU。

7. 使用场景

  • 进程：适用于需要高隔离性的任务（如多用户服务、分布式系统）。如：Web服务器中每个请求由一个独立的进程处理。
  • 线程：适用于需要高效并行处理的任务（如图像处理、并行计算）。如：多线程下载、并行文件处理。
  • 协程：适用于高并发但对CPU密集度要求低的任务（如I/O密集型任务）。如：网络爬虫、异步Web服务器（如Python的asyncio）。