PHP下的異步嘗試二:初識協程

PHP下的異步嘗試系列

如果你還不太瞭解PHP下的生成器,你可以根據下面目錄翻閱

  1. PHP下的異步嘗試一:初識生成器
  2. PHP下的異步嘗試二:初識協程
  3. PHP下的異步嘗試三:協程的Co自動執行器 [待開發]
  4. PHP下的異步嘗試四:PHP版的Promise [待開發]
  5. ...

多任務 (並行和併發)

在講協程之前,先談談多進程、多線程、並行和併發。

對於單核處理器,多進程實現多任務的原理是讓操作系統給一個任務每次分配一定的 CPU 時間片,然後中斷、讓下一個任務執行一定的時間片接着再中斷並繼續執行下一個,如此反覆。

由於切換執行任務的速度非常快,給外部用戶的感受就是多個任務的執行是同時進行的。

多進程的調度是由操作系統來實現的,進程自身不能控制自己何時被調度,也就是說: 進程的調度是由外層調度器搶佔式實現的

而協程要求當前正在運行的任務自動把控制權回傳給調度器,這樣就可以繼續運行其他任務。這與搶佔式的多任務正好相反, 搶佔多任務的調度器可以強制中斷正在運行的任務, 不管它自己有沒有意願。如果僅依靠程序自動交出控制的話,那麼一些惡意程序將會很容易佔用全部 CPU 時間而不與其他任務共享。

協程的調度是由協程自身主動讓出控制權到外層調度器實現的

回到剛纔生成器實現 xrange 函數的例子,整個執行過程的交替可以用下圖來表示:

協程可以理解爲純用戶態的線程,通過協作而不是搶佔來進行任務切換。

相對於進程或者線程,協程所有的操作都可以在用戶態而非操作系統內核態完成,創建和切換的消耗非常低。

簡單的說協程 就是提供一種方法來中斷當前任務的執行,保存當前的局部變量,下次再過來又可以恢復當前局部變量繼續執行。

我們可以把大任務拆分成多個小任務輪流執行,如果有某個小任務在等待系統 IO,就跳過它,執行下一個小任務,這樣往復調度,實現了 IO 操作和 CPU 計算的並行執行,總體上就提升了任務的執行效率,這也便是協程的意義

多線程
在單核下,多線程必定是併發的;
不過現在的統一進程的多線程是可以運行在多核CPU下,所以可以是並行的

併發(Concurrency)

是指能處理多個同時性活動的能力,併發事件之間不一定要同一時刻發生。

並行(Parallesim)

是指同時發生的兩個併發事件,具有併發的含義,而併發則不一定並行。
多個操作可以在重疊的時間段內進行。

並行和併發區別

併發指的是程序的結構,並行指的是程序運行時的狀態
並行一定是併發的,並行併發設計的一種
單線程永遠無法達到並行狀態

協程

協程的支持是在生成器的基礎上, 增加了可以回送數據給生成器的功能(調用者發送數據給被調用的生成器函數).
這就把生成器到調用者的單向通信轉變爲兩者之間的雙向通信.
我們在上篇文章已經講過了send方法, 下面讓我們理解下協程

同步代碼

在沒有涉及到異步執行代碼之前,我們的代碼都是這樣的

function printNum($max, $caller)
{
    for ($i=0; $i<$max; $i++ ) {
        echo "調度者:" . $caller . "  打印:" . $i . PHP_EOL;
    }
}

printNum(3, "caller1");
printNum(3, "caller2");

# output
調度者:caller1  打印:0
調度者:caller1  打印:1
調度者:caller1  打印:2
調度者:caller2  打印:0
調度者:caller2  打印:1
調度者:caller2  打印:2

使用協程後改進的代碼

初稿,手動調整生成器執行

# 本代碼手動調整了進程執行代碼的順序,當然本代碼實現不用協程也可以,只是利用本流程說明協程作用
# 生成器給了我們函數中斷,協程[生成器send]給了我們重新喚起生成器函數的能力
function printNumWithGen($max)
{
    for ($i=0; $i<$max; $i++ ) {
        $res = yield $i;
        echo $res;
    }
}

$gen1 = printNumWithGen(3);
$gen2 = printNumWithGen(3);

// 手動執行caller1 再 caller2
$gen1->send("調度者: caller1 打印:" . $gen1->current() . PHP_EOL);
$gen2->send("調度者: caller2 打印:" . $gen2->current() . PHP_EOL);

// 手動執行caller1 再 caller2
$gen1->send("調度者: caller1 打印:" . $gen1->current() . PHP_EOL);
$gen2->send("調度者: caller2 打印:" . $gen2->current() . PHP_EOL);

// 手動執行caller2 再 caller1
$gen2->send("調度者: caller2 打印:" . $gen2->current() . PHP_EOL);
$gen1->send("調度者: caller1 打印:" . $gen1->current() . PHP_EOL);

# output
調度者: caller1 打印:0
調度者: caller2 打印:0
調度者: caller1 打印:1
調度者: caller2 打印:1
調度者: caller2 打印:2
調度者: caller1 打印:2

總結

上面案例應該讓大家理解了協程設計的意義和如何使用協程

那麼接下去我們爲我們的協程自動一個自動調度器(Co自動執行器),無需再手動來中斷和恢復了
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