PHP回顧之協程

時間 2019-12-05

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PHP回顧系列目錄

PHP自5.5起引入了生成器(Generator)，基於其可實現協程編程。本文先回顧生成器，而後過渡到協程編程。php

yield與生成器

生成器

生成器是一種數據類型，實現了iterator接口。不能經過new獲得生成器實例，也沒有獲取生成器實例的靜態方法。獲得生成器實例的惟一辦法是調用生成器函數（包含yield關鍵字的函數）。調用生成器函數直接返回一個生成器對象，生成器運行時函數內的代碼纔開始執行。html

先上代碼直觀感覺一下yield與生成器：git

# generator1.php
function foo() {
    exit('exit script when generator runs.');
    yield;
}

$gen = foo();
var_dump($gen);
$gen->current();

echo 'unreachable code!';

# 執行結果
object(Generator)#1 (0) {
}
exit script when generator runs.

foo函數包含yield關鍵字，變身爲生成器函數。調用foo不會執行函數體中的任何代碼，而是返回一個生成器實例。生成器運行後，foo函數內的代碼執行，腳本結束。github

如其名，生成器能夠用來生成數據。只是其生成數據的方式與其餘函數不同：生成器經過yield返回數據，而非return; yield返回數據後，生成器函數不會銷燬，只是暫停運行，將來能夠從暫停處恢復運行；生成器運行一次，(只)返回一個數據，屢次運行就返回多個數據；不調用生成器獲取數據，生成器內的代碼就躺着不動，所謂動次打次，說的就是生成器生成數據的樣子。golang

生成器實現了迭代器接口，獲取生成器數據能夠用foreach循環或手工current/next/valid。以下代碼演示數據生成和遍歷：web

# generator2.php
function foo() {
  # 返回鍵值對數據
  yield "key1" => "value1";
  $count = 0;
  while ($count < 5) {
    # 返回值，key自動生成
    yield $count;
    ++ $count;
  }
  # 不返回值，至關於返回null
  yield;
}

# 手動獲取生成器數據
$gen = foo();
while ($gen->valid()) {
  fwrite(STDOUT, "key:{$gen->key()}, value:{$gen->current()}\n");
  $gen->next();
}

# foreach 遍歷數據
fwrite(STDOUT, "\ndata from foreach\n");
foreach (foo() as $key => $value) {
    fwrite(STDOUT, "key:$key, value:$value\n");
}

yield

yield關鍵字是生成器的核心，其讓普通函數異化(進化)爲生成器函數。yield有「讓出」的意思，程序執行到yield語句會暫停執行，讓出CPU並將控制權返回到調用者，下次執行時從中斷點繼續執行。控制權返回到調用者時，yield語句能夠攜帶值返回給調用方。generator2.php腳本演示了yield返回值的三種形式：數據庫

yield $key => $value: 返回數據的key和value;
yield $value: 返回數據，key由系統分配；
yield: 返回null值，key由系統分配；

yield讓函數能夠隨時暫停、繼續執行，並返回數據給調用方。若是繼續執行時須要外部數據，這個工做由生成器的send函數提供：出如今yield左邊等號的變量會接收send傳來的值。看一個常見的send函數使用樣例：express

function logger(string $filename) {
  $fd = fopen($filename, 'w+');
  while($msg = yield) {
    fwrite($fd, date('Y-m-d H:i:s') . ':' . $msg . PHP_EOL);
  }
  fclose($fd);
}

$logger = logger('log.txt');
$logger->send('program starts!');
// do some thing
$logger->send('program ends!');

send讓生成器之間和外部有雙向數據通訊的能力：yield返回數據；send提供繼續運行的支撐數據。因爲send讓生成器繼續執行，這個行爲與迭代器的next接口相似，next至關於send(null)。編程

其餘

$string = yield $data;的表達式在PHP7前不合法，須要加括號：$string = (yield $data);
PHP5生成器函數不能return值，PHP7後能夠return值，並經過生成器的getReturn獲取返回的值。詳情參考返回值的RFC：https://wiki.php.net/rfc/gene...；
PHP7新增了yield from語法，實現了生成器委託，詳情請參考其RFC: https://wiki.php.net/rfc/gene...；
生成器是單向迭代器，開動後不能調用rewind。

總結

相對於其餘迭代器，生成器具備性能開銷小、編碼容易的特色。其做用主要體如今三個方面：promise

數據生成（生產者），經過yield返回數據；
數據消費（消費者），消費send傳來的數據；
實現協程。

關於PHP中的生成器及基本用法，建議看看 2gua 大佬的博文：PHP之生成器，生動有趣且易懂。

協程編程

協程(coroutine)是隨時可中斷、恢復執行的子程序，yield關鍵字讓函數擁有這種能力，因此能夠用於協程編程。

進程、線程和協程

線程歸屬於進程，一個進程可有多個線程。進程是計算機分配資源的最小單位，線程是計算機調度執行的最小單位。進程和線程均由操做系統調度。

協程能夠當作「用戶態的線程」，須要用戶程序實現調度。線程和進程由操做系統調度「搶佔式」交替運行，協程主動讓出CPU「協商式」交替運行。協程十分的輕量，協程切換不涉及線程切換，執行效率高，數目越多，越能體現協程的優點。

生成器和協程

生成器實現的協程屬於無棧協程(stackless coroutine)，即生成器函數只有函數幀，運行時附加到調用方的棧上執行。不一樣於功能強大的有棧協程（stackful coroutine），生成器暫停後沒法控制程序走向，只能將控制權被動的歸還調用者；生成器只能中斷自身，不能中斷整個協程。固然，生成器的好處即是效率高（暫停時只需保存程序計數器便可），實現簡單。

協程編程

說到PHP中的協程編程，相信大部分人已經看過鳥哥轉載（翻譯）的這篇博文：在PHP中使用協程實現多任務調度。原文做者 nikic 是PHP的核心開發者，生成器功能的倡議者和實現人。想深刻了解生成器及基於其的協程編程，nikic關於生成器的RFC和鳥哥網站上的文章必讀。

nikic的文章，生成器部分好懂，看完後用yield寫個xrange相似函數確定毫無壓力。爲何一進入協程，就有點懵逼呢？

先看看基於生成器的協程工做方式：協程協做式工做，即協程之間經過主動讓出CPU達到多任務交替運行（即併發多任務，但不是並行）；一個生成器可當作一個協程，執行到yield語句，讓出CPU控制權回到調用方，調用方繼續執行其餘協程或其餘代碼。

再來看鳥哥博客理解的難點何在。協程很是輕量，一個系統中能夠同時存在成千上萬個協程（生成器）。而操做系統不會對協程調度，安排協程執行的工做就落到開發者身上。部分人看不懂鳥哥文章的協程部分，是由於裏面說協程編程少（寫協程主要就是寫生成器函數），而是花筆墨實現了一個協程的調度器(scheduler或者kernel)：模擬了操做系統，對全部協程進行公平調度。PHP開發通常的思惟是：我寫了這些代碼，PHP引擎會調用我這些代碼獲得預期結果。而協程編程不只要寫幹活的代碼，還要寫指導這些代碼何時幹活的代碼。沒有很好的把握做者的思惟，理解起來天然會難一些。須要自行調度，這是生成器協程相對於原生協程(async/await形式)的一個缺點。

知道了協程是怎麼回事，那麼它能用來幹什麼？協程自行讓出CPU來協做高效利用CPU，讓出的時機固然應該是程序阻塞時。什麼地方會讓程序阻塞呢？用戶態的代碼鮮有阻塞，阻塞主要是系統調用。而系統調用的大頭是IO，因此協程的主要應用場景在網絡編程。爲了讓程序高性能、高併發，程序應該異步執行不能阻塞。既然異步執行，就須要通知和回調，寫回調函數避免不了「回調地獄(callback hell)」的問題：代碼可讀性差，程序執行流程散落在層層回調函數中等。解決回調地獄的方式主要有兩種：Promise和協程。協程能以同步的方式編寫代碼，在高性能網絡編程(IO密集型)中是推薦的。

再回過頭看PHP中的協程編程。PHP中基於生成器實現實現協程編程，優先推薦使用RecoilPHP、Amp等協程框架。這些框架已經寫好了調度器，在其上開發直接寫生成器函數，內核會自動調度執行（想讓一個函數以協程方式調度執行，在函數體內加上yield便可）。若是不想用yield方式進行協程編程，推薦swoole或其衍生框架，能作到相似golang的協程編程體驗，又能享受PHP的開發效率。

若是想用原生態的作PHP協程編程，相似鳥哥博客中的調度器必不可少。調度器調度協程執行，協程中斷後控制權又回到調度器中。因此調度器應該老是在主（事件）循環中，即CPU不在執行協程，就應當在執行調度器的代碼。無協程運行時，調度器應當自我阻塞避免消耗CPU（鳥哥博客中使用了內置的select系統調用），等待事件到來再執行相應的協程。程序運行期間，除了調度器阻塞，協程在運行過程當中不該該調用阻塞API。