我心中的協程

最近在研究網絡服務框架方面的東西，發現了1個奇異的東西-協程。
1句話說明甚么是線程：協程是1種用戶態的輕量級線程。

1句話其實不能完全概括協程的全部，但是最少能讓我們對協程這個概念有1個基本的印象。
從硬件發展來看，從最初的單核單CPU，到單核多CPU，多核多CPU，似乎已到了極限了，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。如果將程序分為IO密集型利用和CPU密集型利用，2者的server的發展以下：
IO密集型利用: 多進程->多線程->事件驅動->協程
CPU密集型利用:多進程-->多線程

如果說多進程對多CPU，多線程對應多核CPU，那末事件驅動和協程則是在充分發掘不斷提高性能的單核CPU的潛力。
以下的討論如無特別說明，不斟酌cpu密集型利用。

異步 vs 同步

不管是線程還是進程，使用的都是同步進制，當產生阻塞時，性能會大幅度下降，沒法充分利用CPU潛力，浪費硬件投資，更重要造成軟件模塊的鐵板化，緊耦合，沒法切割，不利于往后擴大和變化。不論是進程還是線程，每次阻塞、切換都需要墮入系統調用(system call)，先讓CPU跑操作系統的調度程序，然后再由調度程序決定該跑哪個進程(線程)。多個線程之間在1些訪問互斥的代碼時還需要加上鎖，這也是致使多線程編程難的緣由之1。

現下流行的異步server都是基于事件驅動的（如nginx）。事件驅動簡化了編程模型，很好地解決了多線程難于編程，難于調試的問題。異步事件驅動模型中，把會致使阻塞的操作轉化為1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份時間都是在處理實際的計算任務，少了多線程的調度時間，所以這類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，采取異步server能夠簡化編程模型，也能提高IO密集型利用的性能。

協程 vs 線程

之前說道，協程是1種用戶級的輕量級線程。協程具有自己的寄存器上下文和棧。協程調度切換時，將寄存器上下文和棧保存到其他地方，在切回來的時候，恢復先前保存的寄存器上下文和棧。因此：

協程能保存上1次調用時的狀態（即所有局部狀態的1個特定組合），每次進程重入時，就相當于進入上1次調用的狀態，換種說法：進入上1次離開時所處邏輯流的位置。

在并發編程中，協程與線程類似，每一個協程表示1個履行單元，有自己的本地數據，與其它協程同享全局數據和其它資源。目前主流語言基本上都選擇了多線程作為并發設施，與線程相干的概念是搶占式多任務（Preemptive multitasking），而與協程相干的是協作式多任務。

不論是進程還是線程，每次阻塞、切換都需要墮入系統調用(system call)，先讓CPU跑操作系統的調度程序，然后再由調度程序決定該跑哪個進程(線程)。
而且由于搶占式調度履行順序沒法肯定的特點，使用線程時需要非常謹慎地處理同步問題，而協程完全不存在這個問題（事件驅動和異步程序也有一樣的優點）。

我們在自己在進程里面完成邏輯流調度，碰著io我就用非阻塞式的。那末我們便可以利用到異步優勢，又可以免反復系統調用，還有進程切換釀成的開消，分分鐘給你上幾千個邏輯流不費力。這就是協程。

協程 vs 事件驅動

以nginx為代表的事件驅動的異步server正在橫掃天下，那末事件驅動模型會是server端模型的終點嗎？
我們可以深入了解下，事件驅動編程的模型。
事件驅動編程的架構是預先設計1個事件循環，這個事件循環程序不斷地檢查目前要處理的信息，根據要處理的信息運行1個觸發函數。其中這個外部信息可能來自1個目錄夾中的文件，可能來自鍵盤或鼠標的動作，或是1個時間事件。這個觸發函數，可以是系統默許的也能夠是用戶注冊的回調函數。

事件驅動程序設計側重于彈性和異步化上面。許多GUI框架（如windows的MFC，Android的GUI框架），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。

基于事件驅動的編程是單線程思惟，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。它是實現推拉互動的所謂非搶占式協作的關鍵。

總結

協程的好處：

• 跨平臺
• 跨體系架構
• 無需線程上下文切換的開消
• 無需原子操作鎖定及同步的開消
• 方便切換控制流，簡化編程模型
• 高并發+高擴大性+低本錢：1個CPU支持上萬的協程都不是問題。所以很合適用于高并發處理。

缺點：

• 沒法利用多核資源：協程的本質是個單線程,它不能同時將 單個CPU 的多個核用上,協程需要和進程配合才能運行在多CPU上.固然我們平常所編寫的絕大部份利用都沒有這個必要，除非是cpu密集型利用。
• 進行阻塞（Blocking）操作（如IO時）會阻塞掉全部程序：這1點和事件驅動1樣，可使用異步IO操作來解決