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[精选] 为什么要用协程,学Swoole会用在哪些方面的场景

php自学中心 | 用编程思想感受你的生活 2022/09/23 13:46

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。

Swoole框架主要由韩天峰为主的团队开发的,现在最新版本是4.6.x,框架中大量使用到协程,宣称是“全新PHP编程模式,全新的协程编程模式”,“Swoole的内置协程未来可能会颠覆现代软件的开发模式”,可见对Swoole的协程评价之高。

Swoole可以为每一个请求创建对应的协程,根据IO的状态来合理的调度协程,线程和进程的调度是由操作系统来调控, 而协程的调度由用户自己调控。

协程调度器可以在协程A即将进入阻塞IO操作, 将该协程挂起,把当前的栈信息 StackA 保存下来,然后切换到协程B,等到协程A的该 IO操作返回时, 再根据 Stack A 切回到之前的协程A当时的状态。

协程相对于事件驱动是一种更先进的高并发解决方案,把复杂的逻辑和异步都封装在底层,让程序员在编程时感觉不到异步的存在。

协程的执行流程

新知达人, [精选] 为什么要用协程,学Swoole会用在哪些方面的场景

协程带来的优势

1、开发者可以无感知的用同步的代码编写方式达到异步IO的效果和性能,避免了传统异步回调所带来的离散的代码逻辑和陷入多层回调中导致代码无法维护。

2、同时由于swoole是在底层封装了协程,所以对比传统的php层协程框架,开发者不需要使用yield关键词来标识一个协程IO操作,所以不再需要对yield的语义进行深入理解以及对每一级的调用都修改为yield,这极大的提高了开发效率

 注意:

  • 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。

  • 协程遇到io才会切换,单线程遇到io或执行时间过长就会被迫交出cpu执行权限,切换其他线程运行

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SwooleCoroutine,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https://wiki.swoole.com/wiki/page/696.html

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 CoroutineChannel->push(mixed $data) : bool;

从通道中读取数据。

function CoroutineChannel->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 SwooleCoroutineChannel

     */

    protected $pool;

    /**

     * RedisPool constructor.

     * @param int $size 连接池的尺寸

     */

    function __construct($size = 100)

    
{

        $this->pool = new SwooleCoroutineChannel($size);

        for ($i = 0; $i < $size; $i++)

        {

            $redis = new SwooleCoroutineRedis();

            $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:

<?php

/**

 * @author xialeistudio

 * @date 2019-05-20

 */

namespace swoolefoundationpool;

use SwooleCoroutineChannel;

/**

 * Swoole generic connection pool

 * Class Pool

 * @package swoolefoundationpool

 */

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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