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Swoole協(xié)程之旅-前篇

terasum / 2006人閱讀

摘要：協(xié)程完全有用戶態(tài)程序控制，所以也被成為用戶態(tài)的線程。目前支持協(xié)程的語言有很多，例如等。協(xié)程之旅前篇結(jié)束，下一篇文章我們將深入分析原生協(xié)程部分的實現(xiàn)。

寫在最前

??Swoole協(xié)程經(jīng)歷了幾個里程碑，我們需要在前進的道路上不斷總結(jié)與回顧自己的發(fā)展歷程，正所謂溫故而知新，本系列文章將分為協(xié)程之旅前、中、后三篇。

前篇主要介紹協(xié)程的概念和Swoole幾個版本協(xié)程實現(xiàn)的主要方案技術(shù)；

中篇主要深入Zend分析PHP部分的原理和實現(xiàn)；

后篇主要補充和分析協(xié)程4.x的實現(xiàn)。

軟文正式開始 協(xié)程是什么？

??概念其實很早就出現(xiàn)了，摘wiki一段：According to Donald Knuth, the term coroutine was coined by Melvin Conway in 1958, after he applied it to construction of an assembly program.The first published explanation of the coroutine appeared later, in 1963. 協(xié)程要比c語言的歷史還要悠久，究其概念，協(xié)程是子程序的一種， 可以通過yield的方式轉(zhuǎn)移程序控制權(quán)，協(xié)程之間不是調(diào)用者與被調(diào)用者的關(guān)系，而是彼此對稱、平等的。協(xié)程完全有用戶態(tài)程序控制，所以也被成為用戶態(tài)的線程。協(xié)程由用戶以非搶占的方式調(diào)度，而不是操作系統(tǒng)。正因為如此，沒有系統(tǒng)調(diào)度上下文切換的開銷，協(xié)程有了輕量，高效，快速等特點。（大部分為非搶占式，但是，比如golang在1.4也加入了搶占式調(diào)度，其中一個協(xié)程發(fā)生死循環(huán)，不至于其他協(xié)程被餓死。需要在必要的時刻讓出CPU,Swoole在V4.3.2增加了這個特性）。

??協(xié)程近幾年如此火爆，很大一部分原因歸功與golang在中國的流行和快速發(fā)展，受到很多開發(fā)的喜愛。目前支持協(xié)程的語言有很多，例如： golang、lua、python、c#、javascript等。大家也可以用很短的代碼用c/c++擼出協(xié)程的模型。當然PHP也有自己的協(xié)程實現(xiàn)，也就是生成器，我們這里不展開討論。

Swoole1.x

?? Swoole最初以高性能網(wǎng)絡(luò)通訊引擎的姿態(tài)進入大家視線，Swoole1.x的編碼主要是異步回調(diào)的方式，雖然性能非常高效，但很多開發(fā)都會發(fā)現(xiàn)，隨著項目工程的復雜程度增加，以異步回調(diào)的方式寫業(yè)務(wù)代碼是和人類正常思維相悖的，尤其是回調(diào)嵌套多層的時候，不僅開發(fā)維護成本指數(shù)級上升，而且出錯的幾率也大幅增加。大家理想的編碼方式是：同步編碼得到異步非阻塞的性能。所以Swoole很早的時候就開始了協(xié)程的探索。

??最初的協(xié)程版本是基于PHP生成器GeneratorsYield的方式實現(xiàn)的，可以參考PHP大神Nikita的早期博客的關(guān)于協(xié)程介紹。PHP和Swoole的事件驅(qū)動的結(jié)合可以參考騰訊出團隊開源的TSF框架，我們也在很多生產(chǎn)項目中使用了該框架，確實讓大家感受到了，以同步編程的方式寫異步代碼的快感，然而，現(xiàn)實總是很殘酷，這種方式有幾個致命的缺點：

所有主動讓出的邏輯都需要yield關(guān)鍵字。這會給程序員帶來極大的概率犯錯，導致大家對協(xié)程的理解轉(zhuǎn)移到了對Generators語法的原理的理解。

由于語法無法兼容老的項目，改造老的項目工程復雜度巨大，成本太高。

這樣使得無論新老項目，使用都無法得心應(yīng)手。

Swoole2.x

?? 2.x之后的協(xié)程都是基于內(nèi)核原生的協(xié)程，無需yield關(guān)鍵字。2.0的版本是一個非常重要的里程碑，實現(xiàn)了php的棧管理，深入zend內(nèi)核在協(xié)程創(chuàng)建，切換以及結(jié)束的時候操作PHP棧。在Swoole的文檔中也介紹了很多關(guān)于每個版本實現(xiàn)的細節(jié)，我們這篇文章只對每個版本的協(xié)程驅(qū)動技術(shù)做簡單介紹。原生協(xié)程都有對php棧的管理，后續(xù)我們會多帶帶拿一片文章來深入分析PHP棧的管理和切換。

?? 2.x主要使用了setjmp/longjmp的方式實現(xiàn)協(xié)程，很多C項目主要采用這種方式實現(xiàn)try-catch-finally，大家也可以參考Zend內(nèi)核的用法。setjmp的首次調(diào)用返回值是0，longjmp跳轉(zhuǎn)時，setjmp的返回值是傳給longjmp的value。 setjmp/longjmp由于只有控制流跳轉(zhuǎn)的能力。雖然可以還原PC和棧指針，但是無法還原棧幀，因此會出現(xiàn)很多問題。比如longjmp的時候，setjmp的作用域已經(jīng)退出，當時的棧幀已經(jīng)銷毀。這時就會出現(xiàn)未定義行為。假設(shè)有這樣一個調(diào)用鏈：

func0() -> func1() -> ... -> funcN()

只有在func{i}()中setjmp，在func{i+k}()中l(wèi)ongjmp的情況下，程序的行為才是可預(yù)期的。

Swoole3.x

3.x是生命周期很短的一個版本，主要借鑒了fiber-ext項目，使用了PHP7的VM interrupts機制，該機制可以在vm中設(shè)置標記位，在執(zhí)行一些指令的時候（例如：跳轉(zhuǎn)和函數(shù)調(diào)用等）檢查標記位，如果命中就可以執(zhí)行相應(yīng)的hook函數(shù)來切換vm的棧，進而實現(xiàn)協(xié)程。雖然我們完整的實現(xiàn)了協(xié)程的功能，但是由于并沒有相對2.x有很大的進步，原因我們后續(xù)的文章會做進一步分析，所以我們放棄了這個版本，直接進入了4.x的版本迭代。

Swoole4.x

4.x協(xié)程是當前Swoole的協(xié)程版本，借鑒了前面版本的缺點和問題，引入了PHP+C雙棧管理維護，完美的支持PHP各種語法，詳細分析我們放在系列文章最后。

End

協(xié)程之旅前篇結(jié)束，下一篇文章我們將深入Zend分析Swoole原生協(xié)程PHP部分的實現(xiàn)。

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