Kilim實作淺析（一）

    kilim是一個java的actor架構，讓你可以在jvm裡使用基于協程的actor模型，bluedavy曾經介紹過，這裡不再贅言。這篇blog的目的在于分析下kilim實作的基本原理，看看怎麼在jvm上實作協程。

    在一些語言層面上支援協程的語言，如lua、ruby，都是直接在vm級别支援協程，vm幫你做context的儲存和恢複。jvm沒有提供這樣的指令來儲存和恢複方法棧的狀态，是以kilim的實作還是需要在bytecode級别做文章。首先，試想下，如果是你來實作協程，你會怎麼做？協程的兩個基本原語resume和yield，resume運作協程，yield讓出執行權，下次resume的時候會從yield的地方重新執行，并且context保持不變。可見，你需要做這麼幾個事情：

1、在yield的時候儲存目前context。

2、在resume的時候恢複context，并根據pc計數來決定從哪裡恢複執行。

3、半協程的實作來說，還需要一個排程器來排程所有協程。

4、為了做到使用者代碼透明，可能需要某種手段去修改使用者代碼，自動幫你做上面三個事情。

    kilim的實作就是幹了這麼幾個事情：

1、利用位元組碼增強，将普通的java代碼轉換為支援協程的代碼。

2、在調用pausable方法的時候，如果pause了就儲存目前方法棧的state，停止執行目前協程，将控制權交給排程器

3、排程器負責排程就緒的協程

4、協程resume的時候，自動恢複state，根據協程的pc計數跳轉到上次執行的位置，繼續執行。

    下面是來自kilim文檔的一個例子，同一段代碼，在位元組碼增前前後的變化：

左邊是原始代碼，右邊是通過位元組碼增強後的代碼。其中h方法是pausable的，也就是說可能被暫停阻塞的，g方法因為調用了h這個方法也變成了pausable。

首先看，原始的h方法是沒有傳入任何參數的，增強後的代碼，多了個參數fiber，指向目前的協程，同樣，g方法本來隻有一個參數n，現在在後面也多了個fiber類型的參數，同樣是指向目前執行的協程。

其次，在原始的g方法裡，一旦調用，馬上進入一個for循環。但是在增強後的代碼，多了個switch派發的過程，這就是前面提到的，根據目前的fiber的pc計數，跳轉到上一次執行的地方執行。如果是第一次resume，也就是啟動協程，那麼就将初始循環的i設定為0，進入原始代碼的循環部分。fiber有一個pc計數，稱為程式計數器，用于指向恢複context的時候需要跳轉到位置。

第三，在g方法裡調用h這個可被暫停阻塞的方法的時候，在h方法前後多了一些調用:

f.down();

h(f);

f.up();

kilim的fiber将每個pauseable方法的調用組織成一個棧，每個pauseable方法都有一個activation frame，翻譯過來可以稱為活動棧幀，這個棧幀記錄了目前的棧的state，注意這個棧跟java本身的方法調用棧區分開來，一個是vm層面的，一個是kilim架構層面的。這裡的down方法就是将棧向下延伸，表示将調用一個pauseable方法，并且設定目前state和pc計數。

調用了down之後，才是調用實際的h方法，最後還要調用一次up，顧名思義，就是說一次pauseable方法調用完成，fiber的活動棧要遞增一層，回到上一層。但是h方法調用可能出現四種情況：

1、正常的順利傳回，沒有狀态需要恢複，所謂not_pausing__no_state

2、也是正常傳回，有狀态需要恢複，也就是not_pausing__has_state

3、h方法暫停阻塞，目前沒有儲存狀态，需要儲存狀态，這是第一次暫停的時候，稱為pausing__no_state

4、h方法暫停阻塞，目前已經有狀态，不需要儲存狀态，這是第一次暫停之後的resume再次暫停,稱為pausing__has_state，通常不需要處理什麼。

第四，可以看到，在up之後，就要根據up傳回的上述4種狀态執行不同的邏輯：

if (f.ispausing){

    //第一次暫停，沒有狀态

   if (!f.hasstate){

     //new一個state_i2，并儲存i和n

     f.state = new state_i2(i,n);

    //記錄pc，還記的前面的switch嗎？

     f.pc = h1;

   }

   return;

} else if (f.hasstate)

   //正常傳回，有狀态需要恢複，恢複i和n

   state_i2 st = (state_i2) f.state;

   i = st.i1; n = st.i2;

}

這裡沒有處理not_pausing__no_state和pausing__has_state，因為這兩種情況在這裡不需要處理。

    通過上面的分析，我想大家對kilim的實作應該已經有一個很基本的認識。下一步，我們分析一個實際的代碼例子，檢視整個運作流程。

文章轉自莊周夢蝶  ，原文釋出時間2010-09-17