【协程原理】 - 为什么greenlet的状态无法被保存

python主流的协程实现有五种：

• cPython的generator
• cPython的greenlet
• cPython的fibers
• stackless python
• pypy

除了stackless python和pypy的实现版本之外，其余的协程都实现都无法保存状态。特别是最火的协程框架greenlet也无法保存状态，让人非常惋惜。使用stackless python在公司内部的项目里实现了在一台服务器上跑的任务，中断之后在另外一台服务器上继续执行，非常的awsome！
为什么greenlet的状态无法保存，而其前身stackless python就可以？我们可以先来看一下Java里的协程是如何实现的（http://www.slideshare.net/srirammalhar/communicating-state-machines）

这个是kilim的实现方式。大概的意思就是把栈的每一层frame的局部变量额外保存到协程对应的context里。因为局部变量不过是对heap上对象的引用，所以这些拷贝成本也很低。当前的执行位置使用label的方式标记，用goto可以恢复到之前的执行位置。

最后一个协程的状态要保存的话，就是一个纯Java的context对象做一下序列化就可以了，并不是非常困难。

这种实现协程的方式用stackless python的术语来说就是soft switching。而且kilim的实现也不是最优的，因为其记录的context信息在jvm的内部实现的栈上也有一份。只是jvm没有把这样的执行状态以api的形式暴露出来，使得开发者不得不额外耗费cpu指令来double booking的记录一份同样的信息到另外一个地方。stackless python和pypy就是把自己的内部的栈（形式和kilim的context的实现也差不多，就是frame的状态列表）实现成为可持久化的，所以他们的协程就是可以持久化的。

cPython的generator原理上也是soft switching。其generator内部保存的就是一个python栈的frame（目测3.3的yield from就是保存了一个frame的列表）。但是因为python栈的frame本身无法持久化，所以generator也就无法持久化。理论上来说通过bytecode级别的修改目标函数，可以和kilim一样在python vm之上利用其JMP_ABSOLUTE指令也是可以实现可持久化的协程的（https://docs.python.org/2/library/dis.html#bytecodes http://code.activestate.com/recipes/576944-the-goto-decorator/）。到目前为止，可能是因为stackless python等实现的存在，没有在python中修改bytecode的刚需，也就没有kilim这样的勇夫出现。

另外一类的协程实现是hard switching。所谓hard就是done in hard way的意思。其难度在于，soft switching假设整个要持久化的调用栈全部都是vm内的，比如纯python的。但是如果存在python => c扩展 => python这样的嵌套形式，那么调用栈上就会有c的栈，而不仅仅是python的栈。对于c的栈，我们是无法知道哪些区域是一个变量，而这个变量是一个普通的值，还是一个指向heap上某个位置的指针的。hard switching采取的是暴力地把整个栈区域拷贝到heap上的方式来保存其状态。对于只是switching来说，这样做是足够的了的。即便栈上放的是一个指针，要switch回来的时候把这个指针重新放回栈上就可以了。但是这种实现对于持久化来说是不够的，仅仅保存一个指针，而不保存指针指向的值的话，恢复出来的指针就会指向天晓得的某个区域了。

借一个图（http://www.slideshare.net/saghul/stack-switching-for-fun-and-profit）：

hard switching有三份实现

• stackless python 2.0 是纯hard switching的，3.0改成了soft switching和hard switching混合
• greenlet 是Armin Rigo经过stackless作者启发，然后写的一个新的真正通用的hard switching的实现
• pypy 里的 stacklet 是Armin Rigo新写的一个实现，据说更牛x

因为pypy的stacklet库是一个独立的实现，而且非常通用

• fibers用其来实现了一个类似greenlet的协程框架（Armin Rigo大牛可能不屑于做这样简单的重复包装吧）
• libgevent 用stacklet和pyuv实现了一个c版本的协程网络编程框架

不管stacklet怎么牛，其本质也是一个hard switching的实现，所以也无法实现状态的保存（本质就是一个调用栈内容的深拷贝）。所以python搞流程引擎，stackless还是不二之选。