【JAVA】协程原理深度剖析进程线程协程原理一课通|完结无秘

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〖课程介绍〗:

作为市面上凤毛麟角的协程专题课，课程将从基础讲起，与应用原理联动，结合丰富的课程案例，使用python语言进行落地实践。无论你是Java、Go还是PHP开发，都可以通过本门课程掌握协程原理。是一门非常适合新手学习高性能开发的课程。课掌握进线、协程，解决高并发问题，兼顾开发效率

〖老师介绍〗:

目前就职于BAT的大数据部门，超过4年的技术研发经验，熟悉java、python研发，担任过多个系统研发主程，目前专注于分布式系统研发，在高并发、分布式系统有丰富的经验

〖课程目录〗:

第1章课程导学 3 节 | 37分钟
一个顺手的开发环境对编程的帮助是毋庸置疑的，本章节会带领大家搭建基于 VSCode+CentOS7 虚拟机的 python 开发环境，助力课程代码开发。

视频：1-1 开发环境准备-VSCode远程开发 (09:45)
视频：1-2 开发环境准备-Centos7虚拟机 (11:11)
视频：1-3 课程导学 (15:07)

第2章协程必备基础知识 10 节 | 121分钟
磨刀不误砍柴工，打好基础才能更顺畅的掌握后面的高级知识。本章节正是对后续协程内容的一个铺垫，将会从计算机组成、操作系统、以及协程相关基础概念三个角度来讲解协程的必备基础知识，包括：计算机CPU、存储器、操作系统用户态内核态、并发与并行，计算密集型/IO密集型的概念。…

视频：2-1 章节导学 (03:51)
视频：2-2 计算机组成概述 (08:00)
视频：2-3 计算机组成之CPU (13:56)
视频：2-4 计算机组成之存储器 (10:51)
视频：2-5 操作系统概述 (12:33)
视频：2-6 操作系统的基本功能 (10:28)
视频：2-7 操作系统的用户态和内核态 (14:33)
视频：2-8 基础概念之并行与并发 (12:18)
视频：2-9 基础概念之同步与异步 (11:02)
视频：2-10 基础概念之计算密集型和IO密集型 (22:59)

第3章深入探讨线程与进程9 节 | 106分钟
本章和上一章节同样属于是基础概念部分，从这章开始我们将对线程和进程做一个详细的讲解。进程的结构是怎样的、它存储在操作系统中的那个地方？进程的五大状态都是怎样的，它又是怎样调度的？而线程和进程又有那些差别等等这些问题我们都能从本章节的内容中找到答案，除了讲解线程和进程的内容之外，本章的最后一个小节我们…

视频：3-1 章节导学 (02:53)
视频：3-2 操作系统的进程详解 (17:56)
视频：3-3 进程的五状态模型 (09:26)
视频：3-4 进程的调度方式 (11:50)
视频：3-5 操作系统的线程详解 (14:20)
视频：3-6 线程的实现方式 (19:30)
视频：3-7 进程与线程的上下文切换 (13:34)
视频：3-8 探索协程的本质 (16:28)
作业：3-9 你能够指出Windows进程和linux进程的相同与不同吗？

第4章多线程实践与性能分析12 节 | 118分钟
本章节内容通过一个下载器的案例来回顾前面所学习的基础知识，同时引出后续课程内容。同时也会演示这个下载器从单线程模型到多线程模型的优化过程，并用数据量化单线程和多线程模型的优缺点。

视频：4-1 章节导学 (05:30)
视频：4-2 python 线程初体验 (15:44)
视频：4-3 编程实践-实现单线程下载模块 (16:38)
视频：4-4 编程实践-实现单线程哈希模块 (12:18)
视频：4-5 编程实践-实现单线程存储模块 (08:47)
视频：4-6 模块性能分析-并行化运行的可行性 (12:47)
视频：4-7 线程池的原理与实践 (11:03)
视频：4-8 线程池标准库ThreadPoolExecutor (06:39)
视频：4-9 量化分析-线程池改造优化模块的性能 (17:12)
视频：4-10 控制变量法分析 – python 多线程的局限性 (07:21)
视频：4-11 章节回顾 (03:48)
作业：4-12 Java 和 python 是如何保证线程安全的？

第5章深入剖析 Python 解释器 GIL7 节 | 75分钟
GIL 一直是 python 不能实现真正高并发的一道枷锁，那为什么还要一直保留 GIL 机制不去掉呢？这一章节我们会深入探讨 GIL 的来龙去脉，以及 GIL 为什么可以一直“苟活”下去的根本原因。

视频：5-1 章节导学 (04:37)
视频：5-2 探讨python解释器 (12:43)
视频：5-3 初探python的GIL锁 (18:01)
视频：5-4 GIL的作用-为什么不去掉GIL (09:46)
视频：5-5 GIL与python历代版本的关系 (10:36)
视频：5-6 python多线程的切换过程 (12:23)
视频：5-7 【拓展】其他解释型语言的多线程支持 (06:02)

第6章多进程实践与性能分析8 节 | 110分钟
本章节内容依然属于基础知识部分，这一章我们会详细的了解进程相关知识，多进程的使用场景，优缺点以及和线程的区别等等。并且还会使用进程池优化第 4 章中的图片下载器。

视频：6-1 章节导学 (03:14)
视频：6-2 python进程初体验 (25:05)
视频：6-3 python多进程高级编程 (14:27)
视频：6-4 python进程池标准库ProcessPoolExecutor (08:07)
视频：6-5 编程实践-多进程优化各个模块 (11:22)
视频：6-6 量化分析对比-单线程、多线程、多进程的性能差异 (10:48)
视频：6-7 量化分析-多进程的局限性 (16:30)
视频：6-8 【拓展】CPU核数、并发数与性能的关系 (20:13)

第7章 Python 生成器协程讲解8 节 | 98分钟
生成器作为 python 协程的前身，本章将详细了解生成器的原理，以及学习生成器是如何一步一步演进成协程的。

视频：7-1 章节导学 (03:27)
视频：7-2 python生成器概述 (18:06)
视频：7-3 掌握python关键字yield与yield from (16:17)
视频：7-4 生成器的next函数和send函数 (26:22)
视频：7-5 生成器的StopIteration异常 (08:56)
视频：7-6 再次探讨生产者-消费者模型 (12:08)
视频：7-7 生成器与协程的关系 (12:36)
作业：7-8 【讨论题】从源码探讨生成器协程的实现原理。

第8章实现生成器协程调度器 7 节 | 75分钟
实践原理的环节，本章将使用 TDD 的开发模式，从零到一带领大家实现一个生成器协程调度器，通过本章，大家将会深刻认识协程的概念、协程的实现原理。

视频：8-1 本章导学&案例效果演示 (07:19)
视频：8-2 实现生成器协程调度器YieldLoop (09:15)
视频：8-3 实现生成器协程适配器CoroutineWrapper (14:23)
视频：8-4 python装饰器decorator的应用 (09:44)
视频：8-5 实现协程装饰器@coroutine (05:43)
视频：8-6 协程调度器测试-计算等差数列 (14:25)
视频：8-7 协程调度器测试-生产者-消费者模型 (13:12)

第9章 Python 事件驱动编程8 节 | 87分钟
通过生成器协程，虽掌握了协程的概念，但对性能提升有限；本章将深入协程的事件循环的实现原理，理解和掌握 IO 多路复用、事件驱动等基础概念。

视频：9-1 章节导学 (05:05)
视频：9-2 Socket网络编程入门 (14:03)
视频：9-3 linux文件描述符fd (10:16)
视频：9-4 TCP网络服务器的实现原理 (11:35)
视频：9-5 linux 网络IO模型详解 (16:44)
视频：9-6 【拓展】网络服务器 Apache VS Nginx (07:22)
视频：9-7 事件驱动编程原理与实现 (21:55)
作业：9-8 【讨论题】探讨事件循环epoll的应用。

第10章原理实践-实现协程调度器7 节 | 88分钟
实践原理的环节，本章将实现一个完备的协程调度器，并通过协程调度器快速实现一个高性能的异步 TCPServer，破解 python 协程高性能的核心密码。

视频：10-1 章节导学 (03:21)
视频：10-2 协程关键字async与awAIt (06:39)
视频：10-3 可等待对象与Future的实现 (13:43)
视频：10-4 实现套接字协程适配器SocketWrapper (14:21)
视频：10-5 定义协程调度器EventLoop (06:26)
视频：10-6 epoll事件驱动编程在调度器的应用 (21:33)
视频：10-7 协程TCP网络服务器的实现 (21:49)

第11章原理实践 – Python 协程生态9 节 | 72分钟
拓展知识的章节，把视野扩大到 tornado、gevent、asyncio、AIohttp、AIofile 等 python 协程生态，从此 python 高性能协程开发，一马平川、了如指掌。

视频：11-1 章节导学 (03:31)
视频：11-2 协程在Web后台的应用 (08:17)
视频：11-3 协程在爬虫服务的应用 (07:56)
视频：11-4 协程的一般应用场景 (04:50)
视频：11-5 Tornado框架中的协程 (10:01)
视频：11-6 标准协程库asyncio (05:54)
视频：11-7 协程库AIohttp与AIodns (07:38)
视频：11-8 文件IO协程库AIofiles (07:08)
视频：11-9 协程优化多线程多进程服务.mp4 (15:56)

第12章课程总结2 节 | 14分钟
千里送君，终须一别，到这一章我们的课程就要结束了，这一章会通过思维导图回顾课程主要内容，同学们可以根据理解的薄弱点，针对性的回顾和学习，并对同学们的未来发展之路做一个展望~

视频：12-1 课程总结-章节回顾.mp4 (08:28)
视频：12-2 总结与展望.mp4 (04:40)

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摘要：本文深入剖析了【JAVA】协程原理，全面讲解了进程、线程和协程之间的关系，旨在帮助读者全面理解协程的原理和应用。通过对比分析，揭示了协程在Java编程中的优势，为读者提供了一课通的知识体系，助力Java开发者提升编程技能。

1、协程概述

协程（Coroutine）是一种比线程更轻量级的并发执行单元，它允许程序在单个线程中实现并发执行。协程通过挂起和恢复的方式，实现了代码的并发执行，从而提高了程序的执行效率。在Java中，协程的实现依赖于Java的异步编程模型，如CompletableFuture和Reactive编程框架等。

协程的主要特点包括：轻量级、可挂起、可恢复、非阻塞等。与传统线程相比，协程具有更高的并发性能和更好的资源利用率。在Java中，协程的应用场景主要包括网络请求、数据库操作、文件读写等I/O密集型任务。

协程的实现原理是通过协程调度器来管理协程的生命周期，包括创建、挂起、恢复和销毁等。协程调度器负责将协程分配到线程池中执行，并处理协程之间的切换和同步。

2、进程与线程

进程是计算机中运行的一个程序实例，它拥有独立的内存空间、文件系统等资源。线程是进程中的一个执行单元，它共享进程的资源，如内存、文件系统等。在Java中，线程是Java并发编程的基础，它允许程序实现多任务并发执行。

进程与线程的主要区别在于资源隔离和并发性能。进程拥有独立的资源，因此进程之间的切换开销较大；而线程共享资源，因此线程之间的切换开销较小。在Java中，线程的创建和销毁开销较小，因此线程是Java并发编程的首选。

线程的执行模型包括：创建、运行、阻塞、等待、通知、中断等。线程之间的同步机制包括：互斥锁、条件变量、信号量等。线程的并发控制是Java并发编程的关键，它保证了线程之间的正确性和效率。

3、协程与线程

协程与线程在Java编程中具有相似之处，但它们在实现原理和应用场景上存在差异。协程在Java中的实现依赖于线程，它通过挂起和恢复的方式实现并发执行。线程则是Java并发编程的基础，它允许程序实现多任务并发执行。

协程与线程的主要区别在于并发性能和资源利用率。协程具有更高的并发性能和更好的资源利用率，因为它可以在线程内部实现并发执行。线程则共享资源，因此线程之间的切换开销较小。

协程与线程的同步机制也存在差异。协程的同步机制主要包括挂起和恢复，而线程的同步机制包括互斥锁、条件变量、信号量等。在Java中，协程的同步控制相对简单，因为它可以在线程内部实现。

4、协程应用实例

在Java中，协程的应用场景主要包括网络请求、数据库操作、文件读写等I/O密集型任务。以下是一个使用协程进行网络请求的示例：

“`java

public class CoroutineExample {

public static void main(String[] args) {

Coroutine coroutine = new Coroutine(() -> {

System.out.println(“开始执行网络请求”);

// 模拟网络请求耗时

try {

Thread.sleep(2000);

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

System.out.println(“网络请求完成”);

});

coroutine.start();

}

“`

在上面的示例中，协程通过挂起和恢复的方式实现了网络请求的并发执行。协程在执行网络请求时，可以在线程内部完成，从而提高了程序的执行效率。

总结：

本文深入剖析了【JAVA】协程原理，全面讲解了进程、线程和协程之间的关系。通过对比分析，揭示了协程在Java编程中的优势，为读者提供了一课通的知识体系。掌握协程原理和应用，有助于Java开发者提升编程技能，提高程序的性能和效率。

本文由nayona.cn整理

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