都说go协程性能好，这次我们来试试java协程

news2024/11/23 15:43:40

java 协程原理

在Java中，协程（Coroutine）是一种轻量级的线程解决方案，它可以在代码中实现类似于多线程的并发操作，但不涉及线程的创建和切换开销。

在传统的Java多线程编程模型中，线程的切换开销较大，而且需要手动管理线程之间的通信和同步。而协程则提供了一种更高级别的、面向任务的并发编程模型。

协程通过使用“挂起”和“恢复”操作来实现非阻塞的并发操作。在协程中，程序可以暂时挂起当前的执行状态，将控制权切换到其他协程中去执行，等到条件满足之后再恢复之前的执行状态。

在Java中，有一些库和框架提供了协程的实现，例如Quasar、Project Loom和Kotlin中的协程等。

其中，Quasar是一个基于协程的并发编程框架，它使用了一种称为“轻量级线程”的概念来实现协程。Quasar通过织入字节码的方式，将协程相关的操作转换为字节码指令，从而实现协程的挂起和恢复。

Quasar使用了Fiber（纤程）作为协程的基本单位，每个Fiber可以看作是一个独立的协程。通过使用FiberExecutorScheduler类，可以创建一个协程线程池来执行协程任务。

协程可以使用栈来存储执行上下文，因此在切换协程时，只需保存和恢复栈上的状态，而无需保存和恢复整个线程的状态，从而减少线程切换的开销。

请注意，Java中的协程是通过库或框架实现的，并非是Java语言本身的原生特性。目前，Java官方正在开发一个名为Project Loom的项目，旨在为Java语言原生提供协程支持，以更好地满足并发编程的需求。

quasar协程原理

Quasar是一个用于协程（Coroutines）的Java库，协程是一种用于实现轻量级并发的机制。与线程相比，协程具有更低的内存消耗和更高的并发能力。

Quasar的协程实现基于一种称为"纤程（Fiber）"的概念。纤程是一种更轻量级的线程，它可以在执行过程中主动地暂停和恢复，而无需进行线程上下文切换。Java Quasar通过改写字节码来实现这种纤程机制。

具体而言，Quasar使用了ASM字节码操纵库来重写Java字节码。在协程所在的方法中，Quasar会通过字节码重写的方式将其转换为能够进行协程调度的形式。这个过程被称为"纤程织入（Fiber Weaving）"。

在织入过程中，Quasar会将纤程相关的状态保存在堆上的对象中，而不是线程的堆栈中。这样可以实现纤程的暂停和恢复，同时减少了纤程的内存消耗。

当一个纤程被创建并开始执行时，它会绑定到一个线程上。每个线程都有一个称为"调度器（Scheduler）" 的组件，它负责管理和调度纤程的执行。调度器维护一个纤程的队列，并在适当的时候将纤程切换到运行状态。

在协程执行过程中，所有的纤程调度和切换都是由调度器控制的。当一个纤程到达可以被暂停的点，或者等待某个条件时，调度器会切换到另一个可运行的纤程。这种切换是一种协作式调度，不需要进行显式的线程上下文切换。

通过这种方式，Quasar实现了协程的轻量级调度和并发执行。它提供了一种更高级别的抽象，让开发者可以使用协程来编写并发代码，而不需要过多地关注线程的管理和同步。

Quasar 实例

下面的例子演示了如何使用`Quasar`和`FiberExecutorScheduler`来并发下载多个网页的内容。每个下载都在自己的协程中进行，以提高并发性。

import co.paralleluniverse.fibers.Fiber;
import co.paralleluniverse.fibers.FiberExecutorScheduler;
import co.paralleluniverse.strands.SuspendExecution;


import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.URL;
import java.util.concurrent.Executors;


public class CoroutineThreadPoolExample {
    public static void main(String[] args) {
        FiberExecutorScheduler scheduler = new FiberExecutorScheduler("Coroutines", Executors.newFixedThreadPool(4));


        String[] urls = {
                "https://example.com",
                "https://www.google.com",
                "https://www.facebook.com",
                "https://www.twitter.com"
        };


        for (String url : urls) {
            Fiber.schedule(scheduler, () -> {
                try {
                    System.out.println("Downloading from " + url + " on fiber " + Fiber.currentFiber().getName());
                    String content = downloadWebPage(url);
                    System.out.println("Downloaded from " + url + ": " + content);
                } catch (SuspendExecution | IOException | InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
        }


        scheduler.shutdown();
    }


    private static String downloadWebPage(String url) throws IOException, InterruptedException {
        URL webpage = new URL(url);
        BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(webpage.openStream()));
        StringBuilder content = new StringBuilder();
        String line;
        while ((line = reader.readLine()) != null) {
            content.append(line).append("\n");
        }
        reader.close();
        Fiber.sleep(1000);
        return content.toString();
    }
}

在这个示例中，我们创建了一个固定大小为 4 的线程池，并使用 `Executors.newFixedThreadPool(4)` 创建了 `Executor` 对象。然后，我们将这个 `Executor` 对象传递给 `FiberExecutorScheduler` 构造函数，创建了一个协程线程池调度器。

然后，我们定义了一个字符串数组，存储要下载的网页的 URL。接下来，我们循环提交任务。对于每个 URL，我们使用 `Fiber.schedule()` 方法将下载任务提交给协程线程池。在每个任务的逻辑中，我们首先输出正在下载的网页的URL和当前协程的名称，然后调用 `downloadWebPage()` 方法下载网页的内容，并输出下载完毕的消息。

`downloadWebPage()` 方法实际上是一个简单的方法，它接受一个 URL，使用 `java.net.URL` 类来打开连接并读取网页的内容。然后，它使用 `StringBuilder` 构建页面内容，并使用 `Fiber.sleep()` 模拟耗时的下载操作。

最后，我们调用 `scheduler.shutdown()` 来关闭协程线程池。