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并发与并行

进程：操作系统分配资源的基本单位。多进程属于并行：在同一时刻同时处理多个任务。

线程：操作系统调度资源的最小单位。多线程属于并发：在一段时间内交替处理多个任务。

协程：你可以把它想象成在一个线程内部，多个任务之间进行协作和切换。协程属于并发：在一段时间内交替处理多个任务。

tip

多进程、多线程的出现，核心目的是为了最大限度地利用中央处理器（CPU）这一关键硬件资源。

多进程通过调动更多的CPU核心，从而提高程序的执行效率。

那为什么多线程没有使用更多的资源，只是交替处理多个任务，就能更快？

以一个常见的爬虫任务为例，其工作流程可以分为两个主要步骤：

  1. CPU指挥网卡发送网络请求，这一过程往往需要等待远程服务器响应（例如，网络通信耗时1秒）。
  2. CPU指挥磁盘将接收到的数据写入磁盘，完成持久化存储（例如，磁盘耗时19秒）。

  • 单线程模式：在单线程下处理10个网址，程序必须顺序执行。当第一个网址的网络请求发送后，程序会进入等待状态，直到数据完全写入磁盘（总耗时20秒）后，才能开始处理第二个网址。因此，处理10个网址的总耗时将是 10×2010 \times 20 秒，即200秒。CPU长时间闲置。

  • 多线程模式：多线程则能显著提高效率。当第一个线程发出网络请求后，CPU不再闲置等待，而是立即切换到第二个线程，发起新的网络请求。这样，CPU可以在等待I/O操作（如网络响应和磁盘写入）完成的同时，处理其他任务。通过这种方式，CPU最大程度不空闲，指挥多个网络请求和磁盘写入操作并行进行，从而大幅缩短总体的完成时间。

这个切换过程称之为上下文切换，会产生一定的开销，由操作系统自动完成，操作系统不一定在最合理的时间点进行上下文切换。

因此为了进一步提高效率，我们使用协程来完成这个任务。在协程中，程序员在代码中编写await关键字来完成主动上下文切换。