PHP7中如何實現(xiàn)協(xié)程

小編給大家分享一下PHP7中如何實現(xiàn)協(xié)程，相信大部分人都還不怎么了解，因此分享這篇文章給大家參考一下，希望大家閱讀完這篇文章后大有收獲，下面讓我們一起去了解一下吧！

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。

所謂的并行，只不過是看起來并行，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(dāng)前進程的各個信息，同時還會使CPUCache被廢掉。

所以進程切換不到費不得已就不做。

那么怎么實現(xiàn)『進程切換不到費不得已就不做』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(dāng)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

• 迭代器經(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。

0）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...

1）Task實現(xiàn)

Task就是一個任務(wù)的抽象，剛剛我們說了協(xié)程就是用戶空間協(xié)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(dāng)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;
  }
 }
}

2）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->newTask(task1()); // 添加不同的閉包函數(shù)作為任務(wù)
$scheduler->newTask(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。

3）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(dāng)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->newTask(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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(biāo)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(biāo)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。

4）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，真實太好了。

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。

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