什么是协程


协程(Coroutine)也叫用户态线程,其通过协作而不是抢占来进行切换。相对于进程或者线程,协程所有的操作都可以在用户态完成,创建和切换的消耗更低。协程是进程的补充,或者是互补关系。

 

要理解是什么是“用户态的线程”,必然就要先理解什么是“内核态的线程”。

内核态的线程是由操作系统来进行调度的,在切换线程上下文时,要先保存上一个线程的上下文,然后执行下一个线程,当条件满足时,切换回上一个线程,并恢复上下文。

协程也是如此,只不过,用户态的线程不是由操作系统来调度的,而是由程序员来调度的,就是所谓的用户态的线程。

 

协程的执行流程  



协程与线程区别


Swoole的协程在底层实现上是单线程的,因此同一时间只有一个协程在工作,协程的执行是串行的。这与线程不同,多个线程会被操作系统调度到多个CPU并行执行。

 

一个协程正在运行时,其他协程会停止工作。

当前协程执行阻塞IO操作时会挂起,底层调度器会进入事件循环。

当有IO完成事件时,底层调度器恢复事件对应的协程的执行。

 

CPU多核的利用,仍然依赖于Swoole引擎的多进程机制。

 

协程的适用场景


1.高并发服务,如秒杀系统、高性能API接口、RPC服务器,使用协程模式,服务的容错率会大大增加,某些接口出现故障时,不会导致整个服务崩溃。

2.爬虫,可实现非常巨大的并发能力,即使是非常慢速的网络环境,也可以高效地利用带宽。

3.即时通信服务,如IM聊天、游戏服务器、物联网、消息服务器等等,可以确保消息通信完全无阻塞,每个消息包均可即时地被处理。

 

协程实现


1、swoole的两种命名空间形式

Swoole支持两种形式的命名空间一种是Swoole\Coroutine,2.2.0以上可使用Co\命名空间短命名简化类名。

 

2、协程默认支持的位置

目前Swoole4仅有部分事件回调函数底层自动创建了协程,以下回调函数可以调用协程客户端,可以查看这里https://wiki.swoole.com/wiki/page/696.html

 在不支持协程的位置可以使用go或Co::create创建协程

 

3、协程的性能测试

通过多个协程连接redis操作对比没有使用协程的方式

 

4、协程并发

协程其实也是阻塞运行的,如果,在一个执行中,比如同时查redis,再去查mysql,即使用了上面的协程,也是顺序执行的。

那么可不可以几个协程并发执行呢?

通过延迟收包的形式获取,遇到到IO 阻塞的时候,协程就挂起了,不会阻塞在那里等着网络回报,而是继续往下走,swoole当中可以用setDefer()方法声明延迟收包然后通过recv()方法收包。

 

5、协程通讯

使用本地内存,不同的进程之间内存是隔离的。只能在同一进程的不同协程内进行push和pop操作


  • 向通道中写入数据。

function Coroutine\Channel->push(mixed $data) : bool;

  • 从通道中读取数据。

function Coroutine\Channel->pop() : mixed;

 

对协程调用场景,最常见的“生产者-消费者”事件驱动模型,一个协程负责生产产品并将它们加入队列,另一个负责从队列中取出产品并使用它。

 

6、协程的注意问题

如果在多个协程间共用同一个协程客户端,同步阻塞程序不同,协程是并发处理请求的,因此同一时间可能会有很多个请求在并行处理,一旦共用客户端连接,就会导致不同协程之间发生数据错乱。

 

swoole通用协程池的实现


swoole官方的协程池是用只能用在Redis。

因为协程池代码层耦合了Redis实例化逻辑。

通过工厂函数实现了通用性。


利用工厂方法的改造如下:

class RedisPool
{
    /**
     * @var \Swoole\Coroutine\Channel
     */
    protected $pool;

    /**
     * RedisPool constructor.
     * @param int $size 连接池的尺寸
     */
    function __construct($size = 100)
    {
        $this->pool = new Swoole\Coroutine\Channel($size);
        for ($i = 0; $i < $size; $i++)
        {
            $redis = new Swoole\Coroutine\Redis();
            $res = $redis->connect('127.0.0.1', 6379);
            if ($res == false)
            {
                throw new RuntimeException("failed to connect redis server.");
            }
            else
            {
                $this->put($redis);
            }
        }
    }

    function put($redis)
    {
        $this->pool->push($redis);
    }

    function get()
    {
        return $this->pool->pop();
    }
}

利用工厂方法的改造如下:

<?php
/**
 * @author xialeistudio
 * @date 2019-05-20
 */

namespace swoole\foundation\pool;

use Swoole\Coroutine\Channel;

/**
 * Swoole generic connection pool
 * Class Pool
 * @package swoole\foundation\pool
 */
class GenericPool
{
    /**
     * @var int pool size
     */
    private $size = 0;
    /**
     * @var callable construct a connection
     */
    private $factory = null;
    /**
     * @var Channel
     */
    private $channel = null;

    /**
     * GenericPool constructor.
     * @param int $size
     * @param callable $factory
     * @throws InvalidParamException
     */
    public function __construct($size, callable $factory)
    {
        $this->size = $size;
        $this->factory = $factory;
        $this->init();
    }


    /**
     * check pool config
     * @throws InvalidParamException
     */
    private function init()
    {
        if ($this->size <= 0) {
            throw new InvalidParamException('The "size" property must be greater than zero.');
        }
        if (empty($this->factory)) {
            throw new InvalidParamException('The "factory" property must be set.');
        }
        if (!is_callable($this->factory)) {
            throw new InvalidParamException('The "factory" property must be callable.');
        }
        $this->bootstrap();
    }

    /**
     * bootstrap pool
     */
    private function bootstrap()
    {
        $this->channel = new Channel($this->size);

        for ($i = 0; $i < $this->size; $i++) {
            $this->channel->push(call_user_func($this->factory));
        }
    }

    /**
     * Acquire a connection
     * @param int $timeout
     * @return mixed
     */
    public function acquire($timeout = 0)
    {
        return $this->channel->pop($timeout);
    }

    /**
     * Release a resource
     * @param mixed $resource
     */
    public function release($resource)
    {
        $this->channel->push($resource);
    }
}