面试题：C++ 什么场景用线程？什么场景用协程？

在 C++ 中，**线程（Thread）和协程（Coroutine）**是两种并发编程的工具，但它们适用于不同的场景。以下是它们的区别以及适用场景：

1. 线程（Thread）

特点：

• 操作系统级：线程由操作系统调度，是真正的并发执行。
• 资源消耗：每个线程都有自己的栈空间（通常几 MB），线程切换开销较大。
• 同步机制：需要使用互斥锁、条件变量等同步机制来避免资源竞争。
• 适用场景：
  • CPU 密集型任务：如计算、图像处理、加密解密等。
  • 阻塞 I/O 操作：如文件读写、网络通信等。
  • 多核并行计算：利用多核 CPU 的并行能力。

优点：

• 真正的并发：可以充分利用多核 CPU 的性能。
• 通用性强：适用于大多数并发场景。

缺点：

• 资源消耗大：线程数量过多时，内存和调度开销较大。
• 复杂性高：需要处理线程同步和资源竞争问题。

示例：

#include <iostream>
#include <thread>

void task() {
    std::cout << "Hello from thread!" << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t(task);
    t.join();
    return 0;
}

2. 协程（Coroutine）

特点：

• 用户级：协程由用户程序调度，是协作式多任务。
• 资源消耗：协程的栈空间较小（通常几 KB），切换开销小。
• 同步机制：协程之间通常不需要显式同步，因为它们是协作式调度的。
• 适用场景：
  • I/O 密集型任务：如高并发的网络服务器、异步文件读写等。
  • 状态机实现：如游戏逻辑、事件驱动编程等。
  • 轻量级并发：需要大量并发但资源有限的场景。

优点：

• 资源消耗小：可以创建大量协程，适合高并发场景。
• 代码简洁：避免了复杂的线程同步问题。

缺点：

• 非真正并发：协程是协作式调度的，无法利用多核 CPU 的性能。
• 依赖语言或库支持：C++20 之前需要依赖第三方库（如 Boost.Coroutine）。

示例（C++20）：

#include <iostream>
#include <coroutine>

struct Task {
    struct promise_type {
        Task get_return_object() { return {}; }
        std::suspend_never initial_suspend() { return {}; }
        std::suspend_never final_suspend() noexcept { return {}; }
        void return_void() {}
        void unhandled_exception() {}
    };
};

Task coroutine() {
    std::cout << "Hello from coroutine!" << std::endl;
    co_return;
}

int main() {
    coroutine();
    return 0;
}

3. 线程 vs 协程

4. 选择建议

• 使用线程的场景：
  • 需要真正的并发执行（如多核并行计算）。
  • 需要处理 CPU 密集型任务或阻塞 I/O 操作。
  • 任务之间需要强隔离（如不同的线程处理不同的任务）。
• 使用协程的场景：
  • 需要高并发处理 I/O 密集型任务（如网络服务器）。
  • 需要轻量级并发，且资源有限。
  • 任务之间需要协作式调度（如状态机、事件驱动编程）。

5. 结合使用

在实际项目中，线程和协程可以结合使用：

• 使用线程处理 CPU 密集型任务。
• 使用协程处理 I/O 密集型任务。
• 例如，在网络服务器中，可以使用线程池处理计算任务，同时使用协程处理网络 I/O。

示例（伪代码）：

void handle_io() {
    // 使用协程处理 I/O
    while (true) {
        co_await async_read();
        co_await async_write();
    }
}

void handle_compute() {
    // 使用线程处理计算
    while (true) {
        perform_computation();
    }
}

int main() {
    std::thread compute_thread(handle_compute);
    handle_io();  // 在主线程中运行协程
    compute_thread.join();
    return 0;
}

总结

• 线程：适合 CPU 密集型任务、阻塞 I/O 操作和多核并行计算。
• 协程：适合 I/O 密集型任务、轻量级并发和协作式调度。
• 在实际项目中，可以根据任务特性选择合适的工具，甚至结合使用线程和协程。