Kilim實現淺析（一）

Kilim是一個Java的actor框架，讓你能夠在JVM裏使用基於協程的actor模型，bluedavy曾經介紹過，這裏再也不贅言。這篇blog的目的在於分析下kilim實現的基本原理，看看怎麼在JVM上實現協程。

在一些語言層面上支持協程的語言，如lua、ruby，都是直接在VM級別支持協程，VM幫你作context的保存和恢復。JVM沒有提供這樣的指令來保存和恢復方法棧的狀態，所以kilim的實現仍是須要在bytecode級別作文章。首先，試想下，若是是你來實現協程，你會怎麼作？協程的兩個基本原語resume和yield，resume運行協程，yield讓出執行權，下次resume的時候會從yield的地方從新執行，而且context保持不變。可見，你須要作這麼幾個事情：
一、在yield的時候保存當前context。
二、在resume的時候恢復context，並根據pc計數來決定從哪裏恢復執行。
三、半協程的實現來講，還須要一個調度器來調度全部協程。
四、爲了作到用戶代碼透明，可能須要某種手段去修改用戶代碼，自動幫你作上面三個事情。

kilim的實現就是幹了這麼幾個事情：
一、利用字節碼加強，將普通的java代碼轉換爲支持協程的代碼。
二、在調用pausable方法的時候，若是pause了就保存當前方法棧的State，中止執行當前協程，將控制權交給調度器
三、調度器負責調度就緒的協程
四、協程resume的時候，自動恢復State，根據協程的pc計數跳轉到上次執行的位置，繼續執行。

下面是來自kilim文檔的一個例子，同一段代碼，在字節碼增前先後的變化：

左邊是原始代碼，右邊是經過字節碼加強後的代碼。其中h方法是pausable的，也就是說可能被暫停阻塞的，g方法由於調用了h這個方法也變成了pausable。

首先看，原始的h方法是沒有傳入任何參數的，加強後的代碼，多了個參數Fiber，指向當前的協程，一樣，g方法原本只有一個參數n，如今在後面也多了個Fiber類型的參數，一樣是指向當前執行的協程。

其次，在原始的g方法裏，一旦調用，立刻進入一個for循環。可是在加強後的代碼，多了個switch派發的過程，這就是前面提到的，根據當前的Fiber的pc計數，跳轉到上一次執行的地方執行。若是是第一次resume，也就是啓動協程，那麼就將初始循環的i設置爲0，進入原始代碼的循環部分。Fiber有一個pc計數，稱爲程序計數器，用於指向恢復context的時候須要跳轉到位置。

第三，在g方法裏調用h這個可被暫停阻塞的方法的時候，在h方法先後多了一些調用:

[java]
f.down();
h(f);
f.up();
[/java]

kilim的Fiber將每一個pauseable方法的調用組織成一個棧，每一個pauseable方法都有一個activationframe，翻譯過來能夠稱爲活動棧幀，這個棧幀記錄了當前的棧的State，注意這個棧跟java自己的方法調用棧區分開來，一個是VM層面的，一個是kilim框架層面的。這裏的down方法就是將棧向下延伸，表示將調用一個pauseable方法，而且設置當前State和pc計數。
調用了down以後，纔是調用實際的h方法，最後還要調用一次up，顧名思義，就是說一次pauseable方法調用完成，fiber的活動棧要遞增一層，回到上一層。可是h方法調用可能出現四種狀況：
一、正常的順利返回，沒有狀態須要恢復，所謂NOT_PAUSING__NO_STATE
二、也是正常返回，有狀態須要恢復，也就是NOT_PAUSING__HAS_STATE
三、h方法暫停阻塞，當前沒有保存狀態，須要保存狀態，這是第一次暫停的時候，稱爲PAUSING__NO_STATE
四、h方法暫停阻塞，當前已經有狀態，不須要保存狀態，這是第一次暫停以後的resume再次暫停,稱爲PAUSING__HAS_STATE，一般不須要處理什麼。

第四，能夠看到，在up以後，就要根據up返回的上述4種狀態執行不一樣的邏輯：

[java]
if (f.isPausing){
//第一次暫停，沒有狀態
if (!f.hasState){
//new一個State_I2，並保存i和n
f.state = new State_I2(i,n);
//記錄pc，還記的前面的switch嗎？
f.pc = H1;
}
return;
} else if (f.hasState)
//正常返回，有狀態須要恢復，恢復i和n
State_I2 st = (State_I2) f.state;
i = st.i1; n = st.i2;
}
[/java]

這裏沒有處理NOT_PAUSING__NO_STATE和PAUSING__HAS_STATE，由於這兩種狀況在這裏不須要處理。

經過上面的分析，我想你們對kilim的實現應該已經有一個很基本的認識。下一步，咱們分析一個實際的代碼例子，查看整個運做流程。