协程

Hi，我是阿昌，今天学习记录的是关于协程的内容。

Java 语言里解决并发问题靠的是多线程，但线程是个重量级的对象，不能频繁创建、销毁，而且线程切换的成本也很高，为了解决这些问题，Java SDK 提供了线程池。

然而用好线程池并不容易，Java 围绕线程池提供了很多工具类，这些工具类学起来也不容易。那有没有更好的解决方案呢？

Java 语言里目前还没有，但是其他语言里有，这个方案就是协程（Coroutine）。

可以把协程简单地理解为一种轻量级的线程。

从操作系统的角度来看，线程是在内核态中调度的，而协程是在用户态调度的，所以相对于线程来说，协程切换的成本更低。

协程虽然也有自己的栈，但是相比线程栈要小得多，典型的线程栈大小差不多有 1M，而协程栈的大小往往只有几 K 或者几十 K。

所以，无论是从时间维度还是空间维度来看，协程都比线程轻量得多。

支持协程的语言还是挺多的，例如 Golang、Python、Lua、Kotlin 等都支持协程。

下面就以 Golang 为代表，看看协程是如何在 Golang 中使用的。

一、Golang 中的协程

在 Golang 中创建协程非常简单，在下面的示例代码中，要让 hello() 方法在一个新的协程中执行，只需要go hello(“World”) 这一行代码就搞定了。

可以对比着想想在 Java 里是如何“辛勤”地创建线程和线程池的吧，感觉一直都是：

每次写完 Golang 的代码，就再也不想写 Java 代码了。

import (
  "fmt"
  "time"
)
func hello(msg string) {
  fmt.Println("Hello " + msg)
}
func main() {
    //在新的协程中执行hello方法
  go hello("World")
    fmt.Println("Run in main")
    //等待100毫秒让协程执行结束
  time.Sleep(100 * time.Millisecond)
}

在Thread-Per-Message 模式，利用协程能够很好地实现 Thread-Per-Message 模式。

Thread-Per-Message 模式非常简单，其实越是简单的模式，功能上就越稳定，可理解性也越好。

下面的示例代码是用 Golang 实现的 echo 程序的服务端，用的是 Thread-Per-Message 模式，为每个成功建立连接的 socket 分配一个协程，相比 Java 线程池的实现方案，Golang 中协程的方案更简单。

import (
  "log"
  "net"
)

func main() {
    //监听本地9090端口
  socket, err := net.Listen("tcp", "127.0.0.1:9090")
  if err != nil {
    log.Panicln(err)
  }
  defer socket.Close()
  for {
    //处理连接请求  
    conn, err := socket.Accept()
    if err != nil {
      log.Panicln(err)
    }
        //处理已经成功建立连接的请求
    go handleRequest(conn)
  }
}
//处理已经成功建立连接的请求
func handleRequest(conn net.Conn) {
  defer conn.Close()
  for {
    buf := make([]byte, 1024)
        //读取请求数据
    size, err := conn.Read(buf)
    if err != nil {
      return
    }
    //回写相应数据  
    conn.Write(buf[:size])
  }
}

二、利用协程实现同步

其实协程并不仅限于实现 Thread-Per-Message 模式，它还可以将异步模式转换为同步模式。

异步编程虽然近几年取得了长足发展，但是异步的思维模式对于普通人来讲毕竟是有难度的，只有线性的思维模式才是适合所有人的。而线性的思维模式反映到编程世界，就是同步。

在 Java 里使用多线程并发地处理 I/O，基本上用的都是异步非阻塞模型，这种模型的异步主要是靠注册回调函数实现的，那能否都使用同步处理呢？显然是不能的。

因为同步意味着等待，而线程等待，本质上就是一种严重的浪费。

不过对于协程来说，等待的成本就没有那么高了，所以基于协程实现同步非阻塞是一个可行的方案。

OpenResty 里实现的 cosocket 就是一种同步非阻塞方案，借助 cosocket 可以用线性的思维模式来编写非阻塞的程序。

下面的示例代码是用 cosocket 实现的 socket 程序的客户端，建立连接、发送请求、读取响应所有的操作都是同步的，由于 cosocket 本身是非阻塞的，所以这些操作虽然是同步的，但是并不会阻塞。

-- 创建socket
local sock = ngx.socket.tcp()

-- 设置socket超时时间
sock:settimeouts(connect_timeout, send_timeout, read_timeout)

-- 连接到目标地址
local ok, err = sock:connect(host, port)
if not ok then
-  -- 省略异常处理
end

-- 发送请求
local bytes, err = sock:send(request_data)
if not bytes then
  -- 省略异常处理
end

-- 读取响应
local line, err = sock:receive()
if err then
  -- 省略异常处理
end

-- 关闭socket
sock:close()   
-- 处理读取到的数据line
handle(line)