C/C++协程学习笔记丨C/C++实现协程及原理分析视频

协程 , 又称微线程 , 纤程 。 英文名Coroutine 。
协程的概念很早就提出来了 , 但直到最近几年才在某些语言(如Lua)中得到广泛应用 。
子程序 , 或者称为函数 , 在所有语言中都是层级调用 , 比如A调用B , B在执行过程中又调用了C , C执行完毕返回 , B执行完毕返回 , 最后是A执行完毕 。
所以子程序调用是通过栈实现的 , 一个线程就是执行一个子程序 。
子程序调用总是一个入口 , 一次返回 , 调用顺序是明确的 。 而协程的调用和子程序不同 。
协程看上去也是子程序 , 但执行过程中 , 在子程序内部可中断 , 然后转而执行别的子程序 , 在适当的时候再返回来接着执行 。
注意 , 在一个子程序中中断 , 去执行其他子程序 , 不是函数调用 , 有点类似CPU的中断 。 比如子程序A、B:def A():
print '1'
print '2'
print '3'
def B():
print 'x'
print 'y'
print 'z'
假设由协程执行 , 在执行A的过程中 , 可以随时中断 , 去执行B , B也可能在执行过程中中断再去执行A , 结果可能是:
12xy3z但是在A中是没有调用B的 , 所以协程的调用比函数调用理解起来要难一些 。
看起来A、B的执行有点像多线程 , 但协程的特点在于是一个线程执行 , 那和多线程比 , 协程有何优势?
最大的优势就是协程极高的执行效率 。 因为子程序切换不是线程切换 , 而是由程序自身控制 , 因此 , 没有线程切换的开销 , 和多线程比 , 线程数量越多 , 协程的性能优势就越明显 。
第二大优势就是不需要多线程的锁机制 , 因为只有一个线程 , 也不存在同时写变量冲突 , 在协程中控制共享资源不加锁 , 只需要判断状态就好了 , 所以执行效率比多线程高很多 。
因为协程是一个线程执行 , 那怎么利用多核CPU呢?最简单的方法是多进程+协程 , 既充分利用多核 , 又充分发挥协程的高效率 , 可获得极高的性能 。
Python对协程的支持还非常有限 , 用在generator中的yield可以一定程度上实现协程 。 虽然支持不完全 , 但已经可以发挥相当大的威力了 。
【C/C++协程学习笔记丨C/C++实现协程及原理分析视频】来看例子:
传统的生产者-消费者模型是一个线程写消息 , 一个线程取消息 , 通过锁机制控制队列和等待 , 但一不小心就可能死锁 。
如果改用协程 , 生产者生产消息后 , 直接通过yield跳转到消费者开始执行 , 待消费者执行完毕后 , 切换回生产者继续生产 , 效率极高:import time
def consumer():
r = ''
while True:
n = yield r
if not n:
return
print('[CONSUMER] Consuming %s...' % n)
time.sleep(1)
r = '200 OK'
def produce(c):
c.next()
n = 0
while n < 5:
n = n + 1
print('[PRODUCER] Producing %s...' % n)
r = c.send(n)
print('[PRODUCER] Consumer return: %s' % r)
c.close()
if __name__=='__main__':
c = consumer()
produce(c)
执行结果:
[PRODUCER] Producing 1...
[CONSUMER] Consuming 1...
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
[PRODUCER] Producing 2...
[CONSUMER] Consuming 2...
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
[PRODUCER] Producing 3...
[CONSUMER] Consuming 3...
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
[PRODUCER] Producing 4...
[CONSUMER] Consuming 4...
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
[PRODUCER] Producing 5...
[CONSUMER] Consuming 5...
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
注意到consumer函数是一个generator(生成器) , 把一个consumer传入produce后:

  1. 首先调用c.next()启动生成器;
  2. 然后 , 一旦生产了东西 , 通过c.send(n)切换到consumer执行;
  3. consumer通过yield拿到消息 , 处理 , 又通过yield把结果传回;
  4. produce拿到consumer处理的结果 , 继续生产下一条消息;
  5. produce决定不生产了 , 通过c.close()关闭consumer , 整个过程结束 。
整个流程无锁 , 由一个线程执行 , produce和consumer协作完成任务 , 所以称为“协程” , 而非线程的抢占式多任务 。
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C/C++协程学习笔记丨C/C++实现协程及原理分析视频文章插图
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C/C++ 协程首先需要声明的是 , 这里不打算花时间来介绍什么是协程 , 以及协程和线程有什么不同 。 如果对此有任何疑问 , 可以自行 google 。 与 Python 不同 , C/C++ 语言本身是不能天然支持协程的 。 现有的 C++ 协程库均基于两种方案:利用汇编代码控制协程上下文的切换 , 以及利用操作系统提供的 API 来实现协程上下文切换 。 典型的例如: