淺談我對協程的了解 我心中的協程

最近在研究網絡服務架構方面的東西，發現了一個神奇的東西-協程。

一句話說明什麼是線程：協程是一種使用者态的輕量級線程。

一句話并不能完全概括協程的全部，但是起碼能讓我們對協程這個概念有一個基本的印象。

從硬體發展來看，從最初的單核單cpu，到單核多cpu，多核多cpu，似乎已經到了極限了，但是單核cpu性能卻還在不斷提升。server端也在不斷的發展變化。如果将程式分為io密集型應用和cpu密集型應用，二者的server的發展如下：

io密集型應用: 多程序->多線程->事件驅動->協程

cpu密集型應用:多程序-->多線程

如果說多程序對于多cpu，多線程對應多核cpu，那麼事件驅動和協程則是在充分挖掘不斷提高性能的單核cpu的潛力。

以下的讨論如無特别說明，不考慮cpu密集型應用。

無論是線程還是程序，使用的都是同步進制，當發生阻塞時，性能會大幅度降低，無法充分利用cpu潛力，浪費硬體投資，更重要造成軟體子產品的鐵闆化，緊耦合，無法切割，不利于日後擴充和變化。不管是程序還是線程，每次阻塞、切換都需要陷入系統調用(system call)，先讓cpu跑作業系統的排程程式，然後再由排程程式決定該跑哪一個程序(線程)。多個線程之間在一些通路互斥的代碼時還需要加上鎖，這也是導緻多線程程式設計難的原因之一。

現下流行的異步server都是基于事件驅動的（如nginx）。事件驅動簡化了程式設計模型，很好地解決了多線程難于程式設計，難于調試的問題。異步事件驅動模型中，把會導緻阻塞的操作轉化為一個異步操作，主線程負責發起這個異步操作，并處理這個異步操作的結果。由于所有阻塞的操作都轉化為異步操作，理論上主線程的大部分時間都是在處理實際的計算任務，少了多線程的排程時間，是以這種模型的性能通常會比較好。

總的說來，當單核cpu性能提升，cpu不在成為性能瓶頸時，采用異步server能夠簡化程式設計模型，也能提高io密集型應用的性能。

之前說道，協程是一種使用者級的輕量級線程。協程擁有自己的寄存器上下文和棧。協程排程切換時，将寄存器上下文和棧儲存到其他地方，在切回來的時候，恢複先前儲存的寄存器上下文和棧。是以：

協程能保留上一次調用時的狀态（即所有局部狀态的一個特定組合），每次過程重入時，就相當于進入上一次調用的狀态，換種說法：進入上一次離開時所處邏輯流的位置。

在并發程式設計中，協程與線程類似，每個協程表示一個執行單元，有自己的本地資料，與其它協程共享全局資料和其它資源。目前主流語言基本上都選擇了多線程作為并發設施，與線程相關的概念是搶占式多任務（preemptive multitasking），而與協程相關的是協作式多任務。

不管是程序還是線程，每次阻塞、切換都需要陷入系統調用(system call)，先讓cpu跑作業系統的排程程式，然後再由排程程式決定該跑哪一個程序(線程)。

而且由于搶占式排程執行順序無法确定的特點，使用線程時需要非常小心地處理同步問題，而協程完全不存在這個問題（事件驅動和異步程式也有同樣的優點）。

我們在自己在程序裡面完成邏輯流排程，碰着i\o我就用非阻塞式的。那麼我們即可以利用到異步優勢，又可以避免反複系統調用，還有程序切換造成的開銷，分分鐘給你上幾千個邏輯流不費力。這就是協程。

以nginx為代表的事件驅動的異步server正在橫掃天下，那麼事件驅動模型會是server端模型的終點嗎？

我們可以深入了解下，事件驅動程式設計的模型。

事件驅動程式設計的架構是預先設計一個事件循環，這個事件循環程式不斷地檢查目前要處理的資訊，根據要處理的資訊運作一個觸發函數。其中這個外部資訊可能來自一個目錄夾中的檔案，可能來自鍵盤或滑鼠的動作，或者是一個時間事件。這個觸發函數，可以是系統預設的也可以是使用者注冊的回調函數。

事件驅動程式設計着重于彈性以及異步化上面。許多gui架構（如windows的mfc，android的gui架構），zookeeper的watcher等都使用了事件驅動機制。未來還會有其他的基于事件驅動的作品出現。

基于事件驅動的程式設計是單線程思維，其特點是異步+回調。

協程也是單線程，但是它能讓原來要使用異步+回調方式寫的非人類代碼,可以用看似同步的方式寫出來。它是實作推拉互動的所謂非搶占式協作的關鍵。

協程的好處：

跨平台

跨體系架構

無需線程上下文切換的開銷

無需原子操作鎖定及同步的開銷

友善切換控制流，簡化程式設計模型

高并發+高擴充性+低成本：一個cpu支援上萬的協程都不是問題。是以很适合用于高并發處理。

缺點：

無法利用多核資源：協程的本質是個單線程,它不能同時将 單個cpu 的多個核用上,協程需要和程序配合才能運作在多cpu上.當然我們日常所編寫的絕大部分應用都沒有這個必要，除非是cpu密集型應用。

進行阻塞（blocking）操作（如io時）會阻塞掉整個程式：這一點和事件驅動一樣，可以使用異步io操作來解決