协程与Swoole的原理,相关应用以及适用场景分析

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

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：

 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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