什么是进程和线程
有一定基础的小伙伴们肯定都知道进程和线程。
进程是什么呢？
直白地讲，进程就是应用程序的启动实例。比如我们运行一个游戏，打开一个软件，就是开启了一个进程。
进程拥有代码和打开的文件资源、数据资源、独立的内存空间。
线程又是什么呢？
线程从属于进程，是程序的实际执行者。一个进程至少包含一个主线程，也可以有更多的子线程。
线程拥有自己的栈空间。
有人给出了很好的归纳：
对操作系统来说，线程是最小的执行单元，进程是最小的资源管理单元。
无论进程还是线程，都是由操作系统所管理的。
Java中线程具有五种状态：
初始化
可运行
运行中
阻塞
销毁
这五种状态的转化关系如下：
但是，线程不同状态之间的转化是谁来实现的呢？是JVM吗？
并不是。JVM需要通过操作系统内核中的TCB（Thread Control Block）模块来改变线程的状态，这一过程需要耗费一定的CPU资源。
进程和线程的痛点
线程之间是如何进行协作的呢？
最经典的例子就是生产者/消费者模式：
若干个生产者线程向队列中写入数据，若干个消费者线程从队列中消费数据。
如何用java语言实现生产者/消费者模式呢？
让我们来看一看代码：
public class ProducerConsumerTest {
}
class Producer extends Thread {
}
class Consumer extends Thread { private final QueuesharedQueue;
}
这段代码做了下面几件事：
1.定义了一个生产者类，一个消费者类。
2.生产者类循环100次，向同步队列当中插入数据。
3.消费者循环监听同步队列，当队列有数据时拉取数据。
4.如果队列满了（达到5个元素），生产者阻塞。
5.如果队列空了，消费者阻塞。
上面的代码正确地实现了生产者/消费者模式，但是却并不是一个高性能的实现。为什么性能不高呢？原因如下：
1.涉及到同步锁。
2.涉及到线程阻塞状态和可运行状态之间的切换。
3.涉及到线程上下文的切换。
以上涉及到的任何一点，都是非常耗费性能的操作。
什么是协程
协程，英文Coroutines，是一种比线程更加轻量级的存在。正如一个进程可以拥有多个线程一样，一个线程也可以拥有多个协程。
最重要的是，协程不是被操作系统内核所管理，而完全是由程序所控制（也就是在用户态执行）。
这样带来的好处就是性能得到了很大的提升，不会像线程切换那样消耗资源。
既然协程这么好，它到底是怎么来使用的呢？
由于Java的原生语法中并没有实现协程（某些开源框架实现了协程，但是很少被使用），所以我们来看一看python当中对协程的实现案例，同样以生产者消费者模式为例：
这段代码十分简单，即使没用过python的小伙伴应该也能基本看懂。
代码中创建了一个叫做consumer的协程，并且在主线程中生产数据，协程中消费数据。
其中 yield 是python当中的语法。当协程执行到yield关键字时，会暂停在那一行，等到主线程调用send方法发送了数据，协程才会接到数据继续执行。
但是，yield让协程暂停，和线程的阻塞是有本质区别的。协程的暂停完全由程序控制，线程的阻塞状态是由操作系统内核来进行切换。
因此，协程的开销远远小于线程的开销。
协程的应用
有哪些编程语言应用到了协程呢？我们举几个栗子：
Lua语言
Lua从5.0版本开始使用协程，通过扩展库coroutine来实现。
Python语言
正如刚才所写的代码示例，python可以通过 yield/send 的方式实现协程。在python 3.5以后， async/await 成为了更好的替代方案。
Go语言
Go语言对协程的实现非常强大而简洁，可以轻松创建成百上千个协程并发执行。
Java语言
如上文所说，Java语言并没有对协程的原生支持，但是某些开源框架模拟出了协程的功能，有兴趣的小伙伴可以看一看Kilim框架的源码：
https://github.com/kilim/kilim
几点补充：
1.关于协程的概念，小灰也仅仅是知道一些皮毛，希望小伙伴们多多指正。
yield与send实现协程操作
之前我们说过，在函数内部含有yield语句即称为生成器。
下面，我们来看看在函数内部含有yield语句达到的效果。首先，我们来看看以下代码：
def foo():
while True:
x = yield
print("value:",x)
g = foo() # g是一个生成器
next(g) # 程序运行到yield就停住了,等待下一个next
g.send(1) # 我们给yield发送值1,然后这个值被赋值给了x，并且打印出来,然后继续下一次循环停在yield处
g.send(2) # 同上
next(g) # 没有给x赋值，执行print语句，打印出None,继续循环停在yield处
我们都知道，程序一旦执行到yield就会停在该处,并且将其返回值进行返回。上面的例子中，我们并没有设置返回值，所有默认程序返回的是None。我们通过打印语句来查看一下第一次next的返回值：
print(next(g)) ####输出结果##### None
正如我们所说的，程序返回None。接着程序往下执行，但是并没有看到next()方法。为什么还会继续执行yield语句后面的代码呢？这是因为，send()方法具有两种功能：第一，传值，send()方法，将其携带的值传递给yield，注意，是传递给yield，而不是x,然后再将其赋值给x；第二，send()方法具有和next()方法一样的功能，也就是说，传值完毕后，会接着上次执行的结果继续执行，知道遇到yield停止。这也就为什么在调用g.send()方法后，还会打印出x的数值。有了上面的分析，我们可以很快知道，执行了send(1)后，函数被停止在了yield处，等待下一个next()的到来。程序往下执行，有遇到了send(2)，其执行流程与send(1)完全一样。
有了上述的分析，我们可以总结出send()的两个功能：1.传值；2.next()。
既然send()方法有和next一样的作用，那么我们可不可以这样做：
def foo():
while True:
x = yield
print("value:",x)
g = foo()
g.send(1) #执行给yield传值,这样行不行呢?
很明显，是不行的。
TypeError: can't send non-None value to a just-started generator
错误提示:不能传递一个非空值给一个未启动的生成器。
也就是说，在一个生成器函数未启动之前，是不能传递数值进去。必须先传递一个None进去或者调用一次next(g)方法，才能进行传值操作。至于为什么要先传递一个None进去，可以看一下官方说法。
Because generator-iterators begin execution at the top of the
generator's function body, there is no yield expression to receive
a value when the generator has just been created. Therefore,
calling send() with a non-None argument is prohibited when the
generator iterator has just started, and a TypeError is raised if
this occurs (presumably due to a logic error of some kind). Thus,
before you can communicate with a coroutine you must first call
next() or send(None) to advance its execution to the first yield
expression.
问题就来，既然在给yield传值过程中，会调用next()方法，那么是不是在调用一次函数的时候，是不是每次都要给它传递一个空值？有没有什么简便方法来解决這个问题呢？答案，装饰器！！看下面代码:
def deco(func): # 装饰器:用来开启协程
def wrapper():
res = func()
next(res)
return res # 返回一个已经执行了next()方法的函数对象
return wrapper
@deco
def foo():
pass
上面我yield是没有返回值的，下面我们看看有返回值的生成器函数。
def deco(func):
def wrapper():
res = func()
next(res)
return res
return wrapper
@deco
def foo():
food_list = []
while True:
food = yield food_list #返回添加food的列表
food_list.append(food)
print("elements in foodlist are:",food)
g = foo()
print(g.send('苹果'))
print(g.send('香蕉'))
print(g.send('菠萝'))
###########输出结果为######
elements in foodlist are: 苹果
['苹果']
elements in foodlist are: 香蕉
['苹果', '香蕉']
elements in foodlist are: 菠萝
['苹果', '香蕉', '菠萝']
分析：首先，我们要清楚，在函数执行之前，已经执行了一次next()(装饰器的功能)，程序停止yield。接着程序往下执行，遇到g.send()，然后将其值传递给food，然后再将获得的food添加到列表food_list中。打印出food，再次循环程序停在yield。程序继续执行，又遇到g.send()，其过程与上面是一模一样的。看看以下的程序执行流程，你可能会更清楚。
这里我们要明确一点，yield的返回值和传给yield的值是两码事！！
yiedl的返回值就相当于return的返回值，这个值是要被传递出去的,而send()传递的值，是要被yield接受，供函数内部使用的的，明确这一点很重要的。那么上面的打印，就应该打印出yield的返回值，而传递进去的值则本保存在一个列表中。
三、实例
"""模拟:grep -rl 'root' /etc"""
import os
def deco(func): # 用来开启协程
def wrapper(*args,**kwargs):
res = func(*args,**kwargs)
next(res) # res.seng(None)
return res
return wrapper
@deco
def search(target):
while True:
PATH = yield
g = os.walk(PATH) # 获取PATH目录下的文件，文件夹
for par_dir, _, files in g: #迭代解包,取出当前目录路径和文件名
for file in files:
file_path = r'%s\%s' %(par_dir,file) # 拼接文件的绝对路径
target.send(file_path) # 给下一个
@deco
def opener(target, pattern=None):
while True:
file_path = yield
with open(file_path, encoding='utf-8') as f:
target.send((file_path, f)) # 将文件路径和文件对象一起传递给下一个函数的yield，因为在打印路径时候，需要打印出文件路径，只有从这里传递下去
@deco
def cat(target):
while True:
filepath, f = yield # 这里接收opener传递进来的路径和文件对象
for line in f:
tag = target.send((filepath, line)) # 同样，也要传递文件路径,并且获取下一个函数grep的返回值，从而判断该文件是否重复读取了
if tag: # 如果为真，说明该文件读取过了，则执行退出循环
break
@deco
def grep(target, pattern):
tag = False
while True:
filepath, line = yield tag # 接受两个值，并且设置返回值，這个返回值要传递给发送消息的send()，也就是cat()函数send
tag = False
if pattern in line: # 如果待匹配字符串在该行
target.send(filepath) # 把文件路径传递给priter
tag = True # 设置tag
@deco
def printer():
while True:
filename = yield
print(filename)
调用方式:
PATH1 = r'D:CODE_FILEpython est' search(opener(cat(grep(printer(), 'root')))).send(PATH1)
输出结果:
######找出了含有'root'的所有文件####### D:CODE_FILEpython esta.txt D:CODE_FILEpython est est1c.txt D:CODE_FILEpython est est1 est2d.txt
程序分析:
有了上面的基础，我们来分析一下上述程序的执行。
每一个函数之前都有一个@deco装饰器，这个装饰器用于开启协程。首先我们定义了一个search()，其内部有关键字yield，则search()是一个生成器。也就是说，我们可以通过send()给其传递一个值进去。search()函数的功能 是：获取一个文件的绝对路径，并将這个绝对路径通过send()方法，在传递给下个含有yield的函数，也就是下面的opener函数。opener的yield接受了search()传递进来的路径，并将其赋值给了file_path，然后我们根据這个路径，打开了一个文件，获取了一个文件对象f。然后我们在将這个文件对象send()给cat()函数，這个函数功能是读取文件中的内容，我们根据逐行读取文件内容，将每次读取到的内容，在send()给下一个函数，也就是grep()，這个函数功能是实现过滤操作。我们从上一个函数cat()接受到的每一行内容，在grep()函数里面进行过滤处理，如果有匹配到的过滤内容，那么我们将就过滤到的文件传递给下一个函数print()，该函数主要是打印出文件路径。也许，上述的描述内容你没看懂，下面看看这个程序的流程图：
根据上述流程，我们很清楚知道，send()传递给下一个函数的值。但是上述代码存在一个问题：如果待过滤的字符在一个文件中存在多个，而在读取文件的时候，我们是一行一行地读取，然后再传递给下一个函数。我们的目的是：过滤出包好pattern的文件，如果一个文件存在多个同样的pattern，那么就会输出多次同样的文件名。这无疑是浪费内存，要解决这中问题，我们可以通过yield的返回值来控制，每次读取时候的条件。具体实施，看上述代码注释。