协程必知必会-系列1-协程是什么

协程（Coroutine）是什么？

协程就是用户态的线程。

这样解释可能过于抽象，让我们先来回顾一下，另外2个更常见的概念，进程（Process）与线程（Thread）。

「进程是操作系统分配资源的基本单位」，只有在进程内才可以进行内存分配释放、文件读写、网卡数据的接收与发送等的资源操作。

「线程是操作系统调度的基本单位」。

进程和线程的状态对应用程序透明，并且在内核态中完成调度。

协程对应用程序来说是有状态的，需要应用程序自行在用户态中完成协程的调度。

协程解决什么问题？

其实协程这个概念很早就被提出来了，到了互联网高速发展的阶段，才被重视起来。

互联网上但凡热门的应用，都至少有成百万、千万甚至是上亿的用户在使用，服务端同一时间需要处理大量用户的请求。

服务端需要具备处理高并发请求的能力，快速响应用户的请求。

互联网的服务端基本上执行都是「IO密集型的任务」，而传统的多进程、多线程并发模型并不能高效的利用cpu，它们在遇到IO阻塞的时候，当前的进程或者线程就会被挂起，并发处理请求的能力有限。

虽然可以使用「IO多路复用 + Reactor模型」来实现高并发，但是这种方案下，业务代码中充斥着很多的「异步回调函数」，开发人员「心智负担很重，代码很难维护」。

引入协程后可以很好的解决这个问题，「IO阻塞时当前协程自动让出执行权，等IO就绪时再恢复之前被挂起协程的执行」。这样就可以在业务层采用「同步编码」，而最后是「异步执行」的效果。在降低心智负担的同时，也能提供高性能的服务。

协程该如何使用？

一个协程库的实现，至少需要提供3个API，它们分别是：协程创建（CoroutineCreate）、协程唤醒（CoroutineResume），协程让出（CoroutineYield）。

为了更好的让大家掌握协程的概念，我自己使用C++11实现了一个协程库，并把它开源在github上，地址链接为：https://github.com/wanmuc/MyCoroutine

现在让我们来看看，该如何使用上面的协程库，在协程中打印出”hello world“，示例代码如下所示。

#include "mycoroutine.h"
#include <iostream>

using namespace std;
using namespace MyCoroutine;

void HelloWorld(Schedule &schedule) {
  cout << "hello ";
  schedule.CoroutineYield();
  cout << "world" << endl;
}

int main() {
  // 创建一个协程调度对象，并自动生成大小为1024的协程池
  Schedule schedule(1024);
  // 创建一个从协程，并手动调度
  int32_t cid = schedule.CoroutineCreate(HelloWorld, ref(schedule));
  schedule.CoroutineResume(cid);
  schedule.CoroutineResume(cid);
  return 0;
}

在上述代码中，我们先创建了一个协程调度对象schedule，它会自动创建对应协程池。Schedule类的成员函数CoroutineCreate用于创建协程，成员函数CoroutineResume用于恢复协程的执行，成员函数CoroutineYield用于协程让出执行权。

在main函数中，创建完协程之后，调用CoroutineResume来启动协程的执行，协程的启动HelloWorld被执行，打印完”hello “之后，协程主动调用CoroutineYield函数，让出执行权。

进程回到main函数中执行，再次调用CoroutineResume函数，恢复协程的执行，协程从上一次被中断的地方继续执行，打印出"world"，然后协程执行完毕并退出。

协程退出之后，进程回到main函数中继续执行，main执行return语句，整个进程退出执行。

协程本质上是在一个进程中，「创建多个调用栈帧，并在不同的调用栈帧之间切换的执行」。在上面的例子中，main函数和HelloWorld函数就是两个独立的调用栈帧。

如果还不能很好理解整个调度过程，可以参考下图。

本文为大厂后端技术专家万木春原创文章。作者更多技术干货，见下方的书籍。