Go 協(xié)程為什么比進(jìn)程和線程占用的系統(tǒng)資源低？
01 、介紹
進(jìn)程是一個(gè)可執(zhí)行程序在運(yùn)行時(shí)的一塊獨(dú)立的虛擬內(nèi)存[1]空間，Linux 給每個(gè)進(jìn)程分配一個(gè)虛擬內(nèi)存空間，包括?？臻g、未使用內(nèi)存、堆空間、BSS、DATA、TEXT 等。
線程可以理解為輕量級(jí)進(jìn)程，多個(gè)線程“寄生”在一個(gè)進(jìn)程中，每個(gè)線程有獨(dú)立的棧空間，其它虛擬內(nèi)存空間，多個(gè)線程共享，所以線程之間通信比較簡(jiǎn)單，也就是說(shuō)線程之間可以通過(guò)共享內(nèi)存通信。
進(jìn)程和線程都是 CPU 的一個(gè)執(zhí)行單元，在內(nèi)核態(tài)切換，切換成本較高。
協(xié)程是用戶態(tài)的一個(gè)偽執(zhí)行單元，在用戶態(tài)切換執(zhí)行流程，切換成本較低。
02、切換執(zhí)行單元的成本
我們通過(guò)介紹線程和協(xié)程的切換流程，講述為什么在內(nèi)核態(tài)切換的成本較高，而在用戶態(tài)切換的成本較低？
因?yàn)檫M(jìn)程和線程都是內(nèi)核態(tài)切換，并且進(jìn)程切換成本比線程切換成本更高，所以只介紹線程切換和協(xié)程切換的切換成本。
內(nèi)核態(tài)切換 - 線程
在了解線程在內(nèi)核態(tài)切換之前，我們先了解一下什么是 CPU 時(shí)間片[2]，在操作系統(tǒng)中，我們會(huì)安裝很多軟件，并且我們會(huì)同時(shí)使用多個(gè)軟件，而 CPU 資源有限。
為了讓多個(gè)軟件可以在操作系統(tǒng)中同時(shí)運(yùn)行，CPU 分成一個(gè)個(gè)的時(shí)間片，在每個(gè)時(shí)間片中運(yùn)行一個(gè)軟件的一個(gè)線程，因?yàn)闀r(shí)間片非常短，所以我們會(huì)感覺(jué)多個(gè)軟件在同時(shí)運(yùn)行。
在編寫代碼時(shí)，我們?yōu)榱丝梢宰尦绦虮环峙涞礁嗟?CPU 資源，可以多創(chuàng)建一些線程，用于提升程序運(yùn)行的效率。需要注意的是，線程并不是創(chuàng)建越多越好。
因?yàn)?CPU 在內(nèi)核態(tài)切換執(zhí)行單元（線程）時(shí)，會(huì)有時(shí)間成本，在進(jìn)行切換執(zhí)行單元時(shí)，需要保存寄存器中的數(shù)據(jù)，將原執(zhí)行單元的狀態(tài)保存，切換操作也會(huì)占用 CPU 資源（時(shí)間片），從而減少了供線程運(yùn)行的 CPU 資源（時(shí)間片）。
除了時(shí)間成本之外，還會(huì)有性能開銷，系統(tǒng)內(nèi)核調(diào)度線程，需要用戶空間和內(nèi)核空間切換，因?yàn)橹挥袚碛凶罡邫?quán)限的內(nèi)核空間才可以調(diào)度線程，限于篇幅，我們不再展開敘述。
用戶態(tài)切換 - 協(xié)程
因?yàn)橥ㄟ^(guò)創(chuàng)建線程（執(zhí)行單元），為程序爭(zhēng)取更多的 CPU 資源，在線程切換時(shí)也會(huì)浪費(fèi) CPU 資源（時(shí)間成本），所以可以將執(zhí)行單元不再在內(nèi)核態(tài)運(yùn)行，改為在用戶態(tài)運(yùn)行，也就是協(xié)程。
協(xié)程的切換成本較低，是因?yàn)榍袚Q比較簡(jiǎn)單，并且是在用戶態(tài)進(jìn)行切換，切換的時(shí)間成本較低（納秒級(jí)），只需將當(dāng)前協(xié)程的 CPU 寄存器的狀態(tài)先保存起來(lái)，然后將需要 CPU 資源的協(xié)程的 CPU 寄存器的狀態(tài)加載到 CPU 寄存器中。
關(guān)于 Go 協(xié)程的調(diào)度，我們?cè)谥暗奈恼轮薪榻B過(guò)，此處不再贅述。
03 、內(nèi)存占用
除了 CPU 資源有限之外，內(nèi)存資源也是有限的，所以我們還需要了解進(jìn)程、線程、協(xié)程的內(nèi)存占用。
讀者朋友們應(yīng)該知道 32 位操作系統(tǒng)只支持 4G 內(nèi)存的內(nèi)存條，這是因?yàn)檫M(jìn)程在 32 位操作系統(tǒng)中最多只能占用 4G 內(nèi)存，而在 64 位操作系統(tǒng)中可以占用更多內(nèi)存。
線程占用內(nèi)存一般是 10MB，不同的操作系統(tǒng)版本之間有些差異，區(qū)間在 4M - 64M。
協(xié)程占用內(nèi)存最小，一個(gè)協(xié)程占用 2KB 左右的內(nèi)存。
04 、總結(jié)
本文我們主要介紹為什么 Go 協(xié)程比進(jìn)程和線程占用的系統(tǒng)資源低，通過(guò)進(jìn)程、線程、協(xié)程的 CPU 資源和內(nèi)存占用的比較，發(fā)現(xiàn)無(wú)論是在切換時(shí)消耗的 CPU 資源（時(shí)間片），還是內(nèi)存占用，Go 協(xié)程都有明顯優(yōu)勢(shì)。
一句話總結(jié)就是 Go 協(xié)程的切換成本和內(nèi)存占用比線程和進(jìn)程都低。
需要注意的是，Go 協(xié)程占用系統(tǒng)資源低，并不代表可以無(wú)限創(chuàng)建 Go 協(xié)程。
