快速上手，协程剖析

coroutine.pdf

协程也叫微线程，英文名称为coroutine。一个进程可以有多个线程，一个线程可以有多个协程，这是协程和线程间的关系。不同的是，线程由系统调度，但协程需要自己调度，协程运行在用户态。

Linux内核为协程编程提供了支持，相关的函数声明在ucontext.h头文件中。也可以借助longjmp、setjmp、pthread_attr_setstackaddr等组合实现，但复杂很多，ucontext提供的函数已帮助做了很多工作。要实现协程的并发（线程内的，显然是假并发，实际还是串行的），要求主动调用swapcontext进行切换。

协程编程实际就是用户态调度函数的执行次数，让单个线程，看起来像是多线程。基于它可以实现伪同步，也就是将异步变成同步调用。

协程的原理非常简单，假设任务A划分成A1、A2、A3三个子任务，任务B划分成任务B1和B2两个子任务。利用协程，让A和B可以并行进行，比如完成A1后，立即执行B1，B1完成后执行A2，A2完成后执行B2，B2完成后执行A3。

为达到这个目的，在执行A1时，A1结束前需要调用swapcontext切换到B1。同理B1完成时，也需要调用swapcontext切换到A2。下面这个示例可以直接编译执行，通过它可以体会到协程的效果。

 

// 协程示例

// 编译: g++ -g -o x x.cpp

#include 

#include  // 协程相关api所在头文件

#include 

 

// 定义3个协程，类似于3个线程

static void foo();

static void woo();

static void zoo();

 

static ucontext_t ctx1; // 协程zoo的上下文，由makecontext调用构造

static ucontext_t ctx2; // 协程woo的上下文，由makecontext调用构造

static ucontext_t ctx3; // 协程foo的上下文，由swapcontext自动构造

 

// stack为new/malloc出来的也可以的

static char stack1[4096]; // 协程zoo的栈，得合适大小，否则一样会出现栈溢出

static char stack2[8192]; // 协程woo的栈，得合适大小，否则一样会出现栈溢出

 

int main()

{

printf("main 1\n");

 

    // 构造协程zoo的上下文

getcontext(&ctx1);

ctx1.uc_stack.ss_sp = stack1;

ctx1.uc_stack.ss_size = sizeof(stack1);

ctx1.uc_link = &ctx3; // 在ctx1之后的上下文

makecontext(&ctx1, zoo, 0); // 在运行完zoo之后，运行ctx3

 

    // 构造协程woo的上下文

getcontext(&ctx2);

ctx2.uc_stack.ss_sp = stack2;

ctx2.uc_stack.ss_size = sizeof(stack2);

ctx2.uc_link = &ctx1;

makecontext(&ctx2, woo, 0); // 在运行完zoo之后，运行ctx1

 

foo();

printf("main 2\n");

 

return 0;

}

 

// 可把foo当成一个线程，不过它是微线程

void foo()

{

printf("%s 1\n", __func__);

    

    // 切换到ctx2执行，也就是执行woo，当前的保存在ctx3

swapcontext(&ctx3, &ctx2);

    

    // 当切回到ctx3时，会执行以下代码段

printf("%s 2\n", __func__);

}

 

// 也可把woo当成一个线程，不过它是微线程

void woo()

{

printf("%s\n", __func__);

}

 

// 也可把zoo当成一个线程，不过它是微线程

void zoo()

{

printf("%s\n", __func__);

}