PHP7實現(xiàn)協(xié)程

今天小編就為大家?guī)硪黄嘘P(guān)PHP7實現(xiàn)協(xié)程的文章。小編覺得挺不錯的，為此分享給大家做個參考。一起跟隨小編過來看看吧。

什么是協(xié)程

先搞清楚，什么是協(xié)程。

你可能已經(jīng)聽過『進程』和『線程』這兩個概念。

進程就是二進制可執(zhí)行文件在計算機內(nèi)存里的一個運行實例，就好比你的.exe文件是個類，進程就是new出來的那個實例。

進程是計算機系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的基本單位（調(diào)度單位這里別糾結(jié)線程進程的），每個CPU下同一時刻只能處理一個進程。

所謂的并發(fā)，只不過是看起來CPU好像同時能處理幾件事情一樣，對于單核CPU事實上在用很快的速度切換不同的進程。

進程的切換需要進行系統(tǒng)調(diào)用，CPU要保存當前進程的各個信息，同時還會使CPUCache被廢掉。

所以進程切換不到非不得已就不做。

那么怎么實現(xiàn)『進程切換不到非不得已就不做』呢？

首先進程被切換的條件是：進程執(zhí)行完畢、分配給進程的CPU時間片結(jié)束，系統(tǒng)發(fā)生中斷需要處理，或者進程等待必要的資源（進程阻塞）等。你想下，前面幾種情況自然沒有什么話可說，但是如果是在阻塞等待，是不是就浪費了。

其實阻塞的話我們的程序還有其他可執(zhí)行的地方可以執(zhí)行，不一定要傻傻的等！

所以就有了線程。

線程簡單理解就是一個『微進程』，專門跑一個函數(shù)（邏輯流）。

所以我們就可以在編寫程序的過程中將可以同時運行的函數(shù)用線程來體現(xiàn)了。

線程有兩種類型，一種是由內(nèi)核來管理和調(diào)度。

我們說，只要涉及需要內(nèi)核參與管理調(diào)度的，代價都是很大的。這種線程其實也就解決了當一個進程中，某個正在執(zhí)行的線程遇到阻塞，我們可以調(diào)度另外一個可運行的線程來跑，但是還是在同一個進程里，所以沒有了進程切換。

還有另外一種線程，他的調(diào)度是由程序員自己寫程序來管理的，對內(nèi)核來說不可見。這種線程叫做『用戶空間線程』。

協(xié)程可以理解就是一種用戶空間線程。

協(xié)程，有幾個特點：

協(xié)同，因為是由程序員自己寫的調(diào)度策略，其通過協(xié)作而不是搶占來進行切換

在用戶態(tài)完成創(chuàng)建，切換和銷毀

?? 從編程角度上看，協(xié)程的思想本質(zhì)上就是控制流的主動讓出（yield）和恢復(fù)（resume）機制

generator經(jīng)常用來實現(xiàn)協(xié)程

說到這里，你應(yīng)該明白協(xié)程的基本概念了吧？

PHP實現(xiàn)協(xié)程

一步一步來，從解釋概念說起！

可迭代對象

PHP5提供了一種定義對象的方法使其可以通過單元列表來遍歷，例如用foreach語句。

你如果要實現(xiàn)一個可迭代對象，你就要實現(xiàn)Iterator接口：

<?php
class MyIterator implements Iterator
{
    private $var = array();
    public function __construct($array)
    {
        if (is_array($array)) {
            $this->var = $array;
        }
    }
    public function rewind() {
        echo "rewinding\n";
        reset($this->var);
    }
    public function current() {
        $var = current($this->var);
        echo "current: $var\n";
        return $var;
    }
    public function key() {
        $var = key($this->var);
        echo "key: $var\n";
        return $var;
    }
    public function next() {
        $var = next($this->var);
        echo "next: $var\n";
        return $var;
    }
    public function valid() {
        $var = $this->current() !== false;
        echo "valid: {$var}\n";
        return $var;
    }
}
$values = array(1,2,3);
$it = new MyIterator($values);
foreach ($it as $a => $b) {
    print "$a: $b\n";
}

生成器

可以說之前為了擁有一個能夠被foreach遍歷的對象，你不得不去實現(xiàn)一堆的方法，yield關(guān)鍵字就是為了簡化這個過程。

生成器提供了一種更容易的方法來實現(xiàn)簡單的對象迭代，相比較定義類實現(xiàn)Iterator接口的方式，性能開銷和復(fù)雜性大大降低。

<?php
function xrange($start, $end, $step = 1) {
    for ($i = $start; $i <= $end; $i += $step) {
        yield $i;
    }
}
 
foreach (xrange(1, 1000000) as $num) {
    echo $num, "\n";
}

記住，一個函數(shù)中如果用了yield，他就是一個生成器，直接調(diào)用他是沒有用的，不能等同于一個函數(shù)那樣去執(zhí)行！

所以，yield就是yield，下次誰再說yield是協(xié)程，我肯定把你xxxx。

PHP協(xié)程

前面介紹協(xié)程的時候說了，協(xié)程需要程序員自己去編寫調(diào)度機制，下面我們來看這個機制怎么寫。

生成器正確使用

既然生成器不能像函數(shù)一樣直接調(diào)用，那么怎么才能調(diào)用呢？

方法如下：

foreach他

send($value)

current / next...

Task實現(xiàn)

Task就是一個任務(wù)的抽象，剛剛我們說了協(xié)程就是用戶空間線程，線程可以理解就是跑一個函數(shù)。

所以Task的構(gòu)造函數(shù)中就是接收一個閉包函數(shù)，我們命名為coroutine。

/**
 * Task任務(wù)類
 */
class Task
{
    protected $taskId;
    protected $coroutine;
    protected $beforeFirstYield = true;
    protected $sendValue;
    /**
     * Task constructor.
     * @param $taskId
     * @param Generator $coroutine
     */
    public function __construct($taskId, Generator $coroutine)
    {
        $this->taskId = $taskId;
        $this->coroutine = $coroutine;
    }
    /**
     * 獲取當前的Task的ID
     * 
     * @return mixed
     */
    public function getTaskId()
    {
        return $this->taskId;
    }
    /**
     * 判斷Task執(zhí)行完畢了沒有
     * 
     * @return bool
     */
    public function isFinished()
    {
        return !$this->coroutine->valid();
    }
    /**
     * 設(shè)置下次要傳給協(xié)程的值，比如 $id = (yield $xxxx)，這個值就給了$id了
     * 
     * @param $value
     */
    public function setSendValue($value)
    {
        $this->sendValue = $value;
    }
    /**
     * 運行任務(wù)
     * 
     * @return mixed
     */
    public function run()
    {
        // 這里要注意，生成器的開始會reset，所以第一個值要用current獲取
        if ($this->beforeFirstYield) {
            $this->beforeFirstYield = false;
            return $this->coroutine->current();
        } else {
            // 我們說過了，用send去調(diào)用一個生成器
            $retval = $this->coroutine->send($this->sendValue);
            $this->sendValue = null;
            return $retval;
        }
    }
}

Scheduler實現(xiàn)

接下來就是Scheduler這個重點核心部分，他扮演著調(diào)度員的角色。

/**
 * Class Scheduler
 */
Class Scheduler
{
    /**
     * @var SplQueue
     */
    protected $taskQueue;
    /**
     * @var int
     */
    protected $tid = 0;
    /**
     * Scheduler constructor.
     */
    public function __construct()
    {
        /* 原理就是維護了一個隊列，
         * 前面說過，從編程角度上看，協(xié)程的思想本質(zhì)上就是控制流的主動讓出（yield）和恢復(fù)（resume）機制
         * */
        $this->taskQueue = new SplQueue();
    }
    /**
     * 增加一個任務(wù)
     *
     * @param Generator $task
     * @return int
     */
    public function addTask(Generator $task)
    {
        $tid = $this->tid;
        $task = new Task($tid, $task);
        $this->taskQueue->enqueue($task);
        $this->tid++;
        return $tid;
    }
    /**
     * 把任務(wù)進入隊列
     *
     * @param Task $task
     */
    public function schedule(Task $task)
    {
        $this->taskQueue->enqueue($task);
    }
    /**
     * 運行調(diào)度器
     */
    public function run()
    {
        while (!$this->taskQueue->isEmpty()) {
            // 任務(wù)出隊
            $task = $this->taskQueue->dequeue();
            $res = $task->run(); // 運行任務(wù)直到 yield
            if (!$task->isFinished()) {
                $this->schedule($task); // 任務(wù)如果還沒完全執(zhí)行完畢，入隊等下次執(zhí)行
            }
        }
    }
}

這樣我們基本就實現(xiàn)了一個協(xié)程調(diào)度器。

你可以使用下面的代碼來測試：

<?php
function task1() {
    for ($i = 1; $i <= 10; ++$i) {
        echo "This is task 1 iteration $i.\n";
        yield; // 主動讓出CPU的執(zhí)行權(quán)
    }
}
 
function task2() {
    for ($i = 1; $i <= 5; ++$i) {
        echo "This is task 2 iteration $i.\n";
        yield; // 主動讓出CPU的執(zhí)行權(quán)
    }
}
 
$scheduler = new Scheduler; // 實例化一個調(diào)度器
$scheduler->addTask(task1()); // 添加不同的閉包函數(shù)作為任務(wù)
$scheduler->addTask(task2());
$scheduler->run();

關(guān)鍵說下在哪里能用得到PHP協(xié)程。

function task1() {
        /* 這里有一個遠程任務(wù)，需要耗時10s，可能是一個遠程機器抓取分析遠程網(wǎng)址的任務(wù)，我們只要提交最后去遠程機器拿結(jié)果就行了 */
        remote_task_commit();
        // 這時候請求發(fā)出后，我們不要在這里等，主動讓出CPU的執(zhí)行權(quán)給task2運行，他不依賴這個結(jié)果
        yield;
        yield (remote_task_receive());
        ...
}
 
function task2() {
    for ($i = 1; $i <= 5; ++$i) {
        echo "This is task 2 iteration $i.\n";
        yield; // 主動讓出CPU的執(zhí)行權(quán)
    }
}

這樣就提高了程序的執(zhí)行效率。

關(guān)于『系統(tǒng)調(diào)用』的實現(xiàn)，鳥哥已經(jīng)講得很明白，我這里不再說明。

協(xié)程堆棧

鳥哥文中還有一個協(xié)程堆棧的例子。

我們上面說過了，如果在函數(shù)中使用了yield，就不能當做函數(shù)使用。

所以你在一個協(xié)程函數(shù)中嵌套另外一個協(xié)程函數(shù)：

<?php
function echoTimes($msg, $max) {
    for ($i = 1; $i <= $max; ++$i) {
        echo "$msg iteration $i\n";
        yield;
    }
}
 
function task() {
    echoTimes('foo', 10); // print foo ten times
    echo "---\n";
    echoTimes('bar', 5); // print bar five times
    yield; // force it to be a coroutine
}
 
$scheduler = new Scheduler;
$scheduler->addTask(task());
$scheduler->run();

這里的echoTimes是執(zhí)行不了的！所以就需要協(xié)程堆棧。

不過沒關(guān)系，我們改一改我們剛剛的代碼。

把Task中的初始化方法改下，因為我們在運行一個Task的時候，我們要分析出他包含了哪些子協(xié)程，然后將子協(xié)程用一個堆棧保存。（C語言學(xué)的好的同學(xué)自然能理解這里，不理解的同學(xué)我建議去了解下進程的內(nèi)存模型是怎么處理函數(shù)調(diào)用）

 /**
     * Task constructor.
     * @param $taskId
     * @param Generator $coroutine
     */
    public function __construct($taskId, Generator $coroutine)
    {
        $this->taskId = $taskId;
        // $this->coroutine = $coroutine;
        // 換成這個，實際Task->run的就是stackedCoroutine這個函數(shù)，不是$coroutine保存的閉包函數(shù)了
        $this->coroutine = stackedCoroutine($coroutine); 
    }

當Task->run()的時候，一個循環(huán)來分析：

/**
 * @param Generator $gen
 */
function stackedCoroutine(Generator $gen)
{
    $stack = new SplStack;
    // 不斷遍歷這個傳進來的生成器
    for (; ;) {
        // $gen可以理解為指向當前運行的協(xié)程閉包函數(shù)（生成器）
        $value = $gen->current(); // 獲取中斷點，也就是yield出來的值
        if ($value instanceof Generator) {
            // 如果是也是一個生成器，這就是子協(xié)程了，把當前運行的協(xié)程入棧保存
            $stack->push($gen);
            $gen = $value; // 把子協(xié)程函數(shù)給gen，繼續(xù)執(zhí)行，注意接下來就是執(zhí)行子協(xié)程的流程了
            continue;
        }
        // 我們對子協(xié)程返回的結(jié)果做了封裝，下面講
        $isReturnValue = $value instanceof CoroutineReturnValue; // 子協(xié)程返回`$value`需要主協(xié)程幫忙處理
        
        if (!$gen->valid() || $isReturnValue) {
            if ($stack->isEmpty()) {
                return;
            }
            // 如果是gen已經(jīng)執(zhí)行完畢，或者遇到子協(xié)程需要返回值給主協(xié)程去處理
            $gen = $stack->pop(); //出棧，得到之前入棧保存的主協(xié)程
            $gen->send($isReturnValue ? $value->getValue() : NULL); // 調(diào)用主協(xié)程處理子協(xié)程的輸出值
            continue;
        }
        $gen->send(yield $gen->key() => $value); // 繼續(xù)執(zhí)行子協(xié)程
    }
}

然后我們增加echoTime的結(jié)束標示：

class CoroutineReturnValue {
    protected $value;
 
    public function __construct($value) {
        $this->value = $value;
    }
     
    // 獲取能把子協(xié)程的輸出值給主協(xié)程，作為主協(xié)程的send參數(shù)
    public function getValue() {
        return $this->value;
    }
}
function retval($value) {
    return new CoroutineReturnValue($value);
}

然后修改echoTimes：

function echoTimes($msg, $max) {
    for ($i = 1; $i <= $max; ++$i) {
        echo "$msg iteration $i\n";
        yield;
    }
    yield retval("");  // 增加這個作為結(jié)束標示
}

Task變?yōu)椋?/p>

function task1()
{
    yield echoTimes('bar', 5);
}

這樣就實現(xiàn)了一個協(xié)程堆棧，現(xiàn)在你可以舉一反三了。

PHP7中yield from關(guān)鍵字

PHP7中增加了yield from，所以我們不需要自己實現(xiàn)攜程堆棧，真是太好了。

把Task的構(gòu)造函數(shù)改回去：

    public function __construct($taskId, Generator $coroutine)
    {
        $this->taskId = $taskId;
        $this->coroutine = $coroutine;
        // $this->coroutine = stackedCoroutine($coroutine); //不需要自己實現(xiàn)了，改回之前的
    }

echoTimes函數(shù)：

function echoTimes($msg, $max) {
    for ($i = 1; $i <= $max; ++$i) {
        echo "$msg iteration $i\n";
        yield;
    }
}

task1生成器：

function task1()
{
    yield from echoTimes('bar', 5);
}

這樣，輕松調(diào)用子協(xié)程。

建議不要使用PHP的Yield來實現(xiàn)協(xié)程，推薦使用swoole，2.0已經(jīng)支持了協(xié)程，并附帶了部分案例。

以上就是PHP7實現(xiàn)協(xié)程的方法介紹，詳細使用情況還得要大家自己使用過才能知道具體要領(lǐng)。如果想了解更多相關(guān)內(nèi)容，歡迎關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道！