協程（一）原理

轉自賴勇浩（http://laiyonghao.com）

協程，又稱微線程和纖程等，聽說源於 Simula 和 Modula-2 語言（我沒有深究，有錯請指正），現代編程語言基本上都有支持，好比 Lua、ruby 和最新的 Google Go，固然也還有最近很讓我驚豔的 falcon。協程是用戶空間線程，操做系統其存在一無所知，因此須要用戶本身去作調度，用來執行協做式多任務很是合適。其實用協程來作的東西，用線程或進程一般也是同樣能夠作的，但每每多了許多加鎖和通訊的操做。

下面是生產者消費者模型的基於搶佔式多線程編程實現（僞代碼）：
// 隊列容器
var q := new queue
// 消費者線程
loop
lock(q)
get item from q
unlock(q)
if item
use this item
else
sleep 
// 生產者線程
loop
create some new items
lock(q)
add the items to q
unlock(q)

由以上代碼能夠看到線程實現至少有兩點硬傷：

一、對隊列的操做須要有顯式/隱式（使用線程安全的隊列）的加鎖操做。

二、消費者線程還要經過 sleep 把 CPU 資源適時地「謙讓」給生產者線程使用，其中的適時是多久，基本上只能靜態地使用經驗值，效果每每不禁人意。

而使用協程能夠比較好的解決這個問題，下面來看一下基於協程的生產者消費者模型實現（僞代碼）：
// 隊列容器
var q := new queue
// 生產者協程
loop
while q is not full
create some new items
add the items to q
yield to consume
// 消費者協程
loop
while q is not empty
remove some items from q
use the items
yield to produce

能夠從以上代碼看到以前的加鎖和謙讓 CPU 的硬傷不復存在，但也損失了利用多核 CPU 的能力。因此選擇線程仍是協程，就要看應用場合了。下面簡單談一下協程常見的用武之地，其中之一是狀態機，可以產生更高可讀性的代碼；還有就是並行的角色模型，這在遊戲開發中比較常見；以及產生器， 有助於對輸入/輸出和數據結構的通用遍歷。

協程雖然如此之好，看是很長時間以來，由於受到基於堆棧的子例程實現的限制，並無多少語言在其實語言或庫中支持協程，因此線程做爲一個替代者（固然，線程也有其超越協程之處）被普遍接受了。可是在今天，不少語言都內建了協程的支持，甚至是 C/C++ 語言。MS Windows 2000 之後的版本，都支持所謂的 Fiber，即纖程，其實就是協程的別稱；在開源平臺，POSIX 標準也定義了協程相關的標準，GNU Portable Threads 實現了跨平臺的用戶空間線程，即協程的另外一種別稱。在這百花齊放的時節，正是咱們好好學習和利用它的時機。

接下來我將在第二篇中談談遊戲中試用協程的三個場合。