多线程

多线程并发编程是充分利用现代处理器性能的重要课题。在此处我们暂不讨论内核态线程（运行在内核内部的线程，由内核直接管理，用户态无法访问），仅讨论用户态线程。

多个线程位于同一个进程中，共享进程的资源，例如：内存、网络等等；同时，让多个函数并行执行，提高程序的运算能力。其中，并发访问共享内存会导致出乎意料的程序错误，为此，必须谨慎处理，并使用一定的技巧。

线程模型

用户态的线程往往基于内核线程来进行封装。一个用户线程可以封装一个内核线程，或者多个用户态线程映射多个内核线程。

• 一对一：经典封装，直接封装操作系统提供的线程进行使用
• 多对一：在使用单一系统线程的情况下，呈现并行假象，用于减少阻塞
• 多对多：M:N 模型，使用复杂的用户太调度器来极致压榨性能

因此，用户态线程根据抽象层次可以分为：应用级线程和系统级线程。

一对一模型往往是系统级线程，在程序中创建的一个线程就是对一个系统线程的封装，而多对一和多对多的模型往往是应用级线程。我们使用的时候往往是一个应用级线程库调度的线程对象。

系统级线程

系统级线程往往就是对系统调用的封装，一个应用中的线程对应的就是操作系统提供的线程，常见的系统级线程包括：

• C：posix thread 库
• Java：标准库 Thread

应用级线程（纤程、协程）

应用级线程是指完全由用户空间的线程库管理和调度的线程，与系统级线程不同，用户态线程的创建、销毁、同步和调度等操作都不需要内核的直接参与，因此具有更小的开销和更高的灵活性。用户态线程的切换只涉及用户空间的上下文切换，不会引发内核态切换，因此速度更快。纤程往往是多个实例共享一个底层的系统线程，让 CPU 能够充分使用，防止阻塞。

有栈（stack-based）：

• C: posix ucontext, M:1
• Go: goroutine, M:N

无栈（stack-free，基于状态机）：

• C#: async/await, M:N
• Rust: async/await, M:N
• JavaScript: async/await, M:1
• Python: async/await, M:1

用户态线程适合于大量并发、轻量级任务的场景，但由于内核并不感知用户态线程的存在，所以当一个用户态线程阻塞（如I/O操作）时，整个进程都会被阻塞，无法充分利用多核CPU资源。

在异步编程中，一个可以用户主动中断程序执行，并在未来的某个阶段从中断点恢复。并使用了 async/await 语法来封装跳转的动作，优化程序员的开发体验。

有栈实现和无栈实现

有栈实现通过维护一个用户态的栈空间，模仿操作系统为线程抽象的一个栈空间，从而来模拟用户空间的线程，运行时将函数中的状态保存在栈上，在调用时一并使用栈空间中的状态，从而保存状态；

无栈实现使用更加激进的手段，将一个个 async 函数转化为一个同步的状态机函数和一个状态对象，状态对象中保存着当前函数运行到的中断点，同时并由外部调度器监听事件，并在合适的时机进行调度。