協程（一）快速了解協程的定義和分類

    協程的概念很早以前就被提出，很多語言也實作了協程，例如Erlang，Lua。不過我首次接觸協程是在學習golang的過程中，當真正使用協程的時候就被它的優雅和高效所折服，這也埋下了自己對協程好奇的種子。随着接觸許多C++協程庫，例如雲風的coroutine、騰訊的libco、魅族的libgo等，很多當時模糊的概念也逐漸清晰。

   雲風的coroutine代碼簡介，實作了非對稱的stackful協程，非常适合用來入門。筆者fork了該庫，并根據自己對協程工作原理的了解為該庫添加了注釋，詳細可參考我的github.

協程的定義

    在計算機科學中，例程（過程、函數、方法、子程式）被定義為操作的序列。例程的執行形成了父子關系，且孩子例程總是在父例程前結束。舉例說明，main函數中調用函數func1，func1中調用函數func2，此時就形成了父子關系（main為func1的父例程，func1是func2的父例程），func2執行結束進行函數棧回退，然後func1繼續執行直到結束後進行函數棧回退，最後main繼續執行直到結束後進行函數棧回退并退出程式。

   協程是例程（過程、函數、方法、子程式）的範化概念。協程和例程的主要差別是，協程通過保持執行狀态可以能夠明确的挂起和恢複，協程通過維護上下文提供了增強的控制流。

   2004年Lua的作者Ana Lucia de Moura和Roberto Ierusalimschy發表的論文Revisiting Coroutines中，對協程進行了分類，論文中依照三個問題區分協程：

• 控制傳遞（Control-transfer）機制
• 協程是否為棧式（Stackful）構造
• 協程是否作為語言的第一類（First-class）對象提供

協程如何工作

   如果協程像例程一樣，那麼函數棧将會随着每次調用而增長、并且從不退棧。跳轉到中間某個協程則是不可能的，因為函數棧的棧頂才能進行退棧操作。

   解決方法則是讓每個協程擁有自己的棧和控制塊(control-block)。在協程挂起前，該協程的non-volatile寄存器值（包括stack、instruction/program pointer）被儲存在該協程對應的control-block中。新激活協程在恢複前，它在control-block中存儲的寄存器值被恢複到CPU的寄存器中。

   上下文切換無需系統權限，為協作式多任務提供了友善。協程提供了并行性，例如當程式在同時做多件事情時，相比于隻用一個單獨的控制流，協程可以更加簡單而優雅的做到這一點。

控制傳遞機制

   根據控制傳遞機制的不同區分出了對稱協程和非對稱協程。

   非對稱協程知道它的調用者，其在挂起時轉讓控制權給它的調用者，然後調用者根據算法調用其他非對稱協程進行工作。相比之下，所有的對稱協程都是等價的，控制權直接在對稱協程之間進行傳遞，即對稱協程在挂起時主動指明另外一個對稱協程來接收控制權。

stackfulness

   對比stackless協程，stackful協程可以在内部的嵌套函數中被挂起，在挂起點恢複執行。而stackless協程僅能在頂層部分被挂起。

first-class對象

   協程被作為first-class對象提供，那麼其可以作為參數被傳遞，由函數建立并傳回，并存儲在一個資料結構中供後續操作，也可以被開發者自由的維護。從上面的描述可以看到，first-class對象主要為協程提供了良好的表達力，友善開發者對協程進行操作。

如果沒有stackfulness和irst-class對象的語義，協程的能力将被限制。

參考資料

《Coroutine - Wiki》

《了解Lua的Coroutine》

《協程（一）協程的定義與分類》

《一個”蠅量級”C語言協程庫》