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2019
07-02

协程与Swoole的原理,相关应用以及适用场景等

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  

协程的适用场景

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。

      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。

      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。

对CPU多核的利用,仍然依赖于Swoole引擎的多进程机制。


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。

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);     } }

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