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浅谈我对协程的理解

来源：程序员人生发布时间：2015-01-16 08:49:37 阅读次数：6414次

我心中的协程

最近在研究网络服务框架方面的东西，发现了1个奇异的东西-协程。
1句话说明甚么是线程：协程是1种用户态的轻量级线程。

1句话其实不能完全概括协程的全部，但是最少能让我们对协程这个概念有1个基本的印象。
从硬件发展来看，从最初的单核单CPU，到单核多CPU，多核多CPU，似乎已到了极限了，但是单核CPU性能却还在不断提升。server端也在不断的发展变化。如果将程序分为IO密集型利用和CPU密集型利用，2者的server的发展以下：
IO密集型利用: 多进程->多线程->事件驱动->协程
CPU密集型利用:多进程-->多线程

如果说多进程对多CPU，多线程对应多核CPU，那末事件驱动和协程则是在充分发掘不断提高性能的单核CPU的潜力。
以下的讨论如无特别说明，不斟酌cpu密集型利用。

异步 vs 同步

不管是线程还是进程，使用的都是同步进制，当产生阻塞时，性能会大幅度下降，没法充分利用CPU潜力，浪费硬件投资，更重要造成软件模块的铁板化，紧耦合，没法切割，不利于往后扩大和变化。不论是进程还是线程，每次阻塞、切换都需要堕入系统调用(system call)，先让CPU跑操作系统的调度程序，然后再由调度程序决定该跑哪个进程(线程)。多个线程之间在1些访问互斥的代码时还需要加上锁，这也是致使多线程编程难的缘由之1。

现下流行的异步server都是基于事件驱动的（如nginx）。事件驱动简化了编程模型，很好地解决了多线程难于编程，难于调试的问题。异步事件驱动模型中，把会致使阻塞的操作转化为1个异步操作，主线程负责发起这个异步操作，并处理这个异步操作的结果。由于所有阻塞的操作都转化为异步操作，理论上主线程的大部份时间都是在处理实际的计算任务，少了多线程的调度时间，所以这类模型的性能通常会比较好。

总的说来，当单核cpu性能提升，cpu不在成为性能瓶颈时，采取异步server能够简化编程模型，也能提高IO密集型利用的性能。

协程 vs 线程

之前说道，协程是1种用户级的轻量级线程。协程具有自己的寄存器上下文和栈。协程调度切换时，将寄存器上下文和栈保存到其他地方，在切回来的时候，恢复先前保存的寄存器上下文和栈。因此：

协程能保存上1次调用时的状态（即所有局部状态的1个特定组合），每次进程重入时，就相当于进入上1次调用的状态，换种说法：进入上1次离开时所处逻辑流的位置。

在并发编程中，协程与线程类似，每一个协程表示1个履行单元，有自己的本地数据，与其它协程同享全局数据和其它资源。目前主流语言基本上都选择了多线程作为并发设施，与线程相干的概念是抢占式多任务（Preemptive multitasking），而与协程相干的是协作式多任务。

不论是进程还是线程，每次阻塞、切换都需要堕入系统调用(system call)，先让CPU跑操作系统的调度程序，然后再由调度程序决定该跑哪个进程(线程)。
而且由于抢占式调度履行顺序没法肯定的特点，使用线程时需要非常谨慎地处理同步问题，而协程完全不存在这个问题（事件驱动和异步程序也有一样的优点）。

我们在自己在进程里面完成逻辑流调度，碰着io我就用非阻塞式的。那末我们便可以利用到异步优势，又可以免反复系统调用，还有进程切换酿成的开消，分分钟给你上几千个逻辑流不费力。这就是协程。

协程 vs 事件驱动

以nginx为代表的事件驱动的异步server正在横扫天下，那末事件驱动模型会是server端模型的终点吗？
我们可以深入了解下，事件驱动编程的模型。
事件驱动编程的架构是预先设计1个事件循环，这个事件循环程序不断地检查目前要处理的信息，根据要处理的信息运行1个触发函数。其中这个外部信息可能来自1个目录夹中的文件，可能来自键盘或鼠标的动作，或是1个时间事件。这个触发函数，可以是系统默许的也能够是用户注册的回调函数。

事件驱动程序设计侧重于弹性和异步化上面。许多GUI框架（如windows的MFC，Android的GUI框架），Zookeeper的Watcher等都使用了事件驱动机制。未来还会有其他的基于事件驱动的作品出现。

基于事件驱动的编程是单线程思惟，其特点是异步+回调。
协程也是单线程，但是它能让原来要使用异步+回调方式写的非人类代码,可以用看似同步的方式写出来。它是实现推拉互动的所谓非抢占式协作的关键。