什么是协程（一次性讲清）

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1.什么是协程

正如网络上大家都在讲的“用户态的线程，更轻量级”，

2.协程跟进程，线程区别

2.1进程

1.程序的一次执行过程；

2.系统资源分配的单位，具有独立的虚拟内存，PCB控制块，代码，数据，堆栈，文件资源等；

3.进程上下文切换开销大（主要问题）

2.2线程

1.系统调度的单位；

2.共享进程的资源空间；具有自己的栈，寄存器，

3.并发性好，同一进程内的线程切换不会导致进程的上下文切换，所以线程切换开销小；

4.共享进程资源，多线程会发生冲突，需要进行同步。

2.3协程

1.可以理解为线程中的线程；

2.具有自己的上下文；

3.协程切换不会引起线程的上下文（更轻量）

4.一个线程同一时刻只有一个协程执行；

5.协程执行任意时刻都可以退出，下次可以继续执行（与函数的区别，函数一条路走到黑）

6.高并发场景下性能很好，并且不需要同步

3.为什么要产生协程

其实协程效率高并不是根本原因；

在高并发场景下

两个原因：

1.用同步代码逻辑简单，并发性差强人意

同步阻塞：阻塞等待业务处理，期间不能做其他事情

同步非阻塞：不断轮询，忙等待占用cpu，

2.用异步，并发性好，代码逻辑又很复杂

基于以上就产生了协程，协程可以做到用同步的代码逻辑达到异步的效果

4.协程的优缺点

 优点：

1.用同步的思想编写出异步的效果，

2.并发性好，性能高

缺点：

单线程中同时只能执行一个协程，无法利用多核功能，还是得结合多线程

5.常见的协程库

Boost.Coroutine2：这是Boost库中的⼀个模块，提供了⼀组灵活的协程实现，包括对称协程和⾮对称协程。它提供了⼀些强⼤的特性，如⽀持多个栈和⾃定义栈⼤⼩。
libco：腾讯微信团队开源的⼀个C/C++协程库，据说微信后台⼤量在使⽤这个库，通过⼏个简单的接⼝就能实现协程的创建/调度，同时基于epoll/kqueue实现了⼀个事件反应堆，再加上sys_call（系统调⽤）hook技术，以此给开发者提供同步/异步的开发⽅法
libgo ：是⼀个使⽤ C++ 编写的协作式调度的stackful有栈协程库, 同时也是⼀个强⼤的并⾏编程库。⽀持linux平台，MacOS和windows平台，在c++11以上的环境中都能⽤。

6.ucontext库的使用

6.1协程上下文ucontext结构体

typedef struct ucontext_t { struct ucontext_t *uc_link; //该上下文指向的下一个上下文 stack_t uc_stack; //栈的信息，是一个stack_t结构体 mcontext_t uc_mcontext; //保存了上下文各种寄存器信息 sigset_t uc_sigmask; //当上下文被激活时屏蔽的信号集 } ucontext_t;

6.2栈信息结构体 

typedef struct { void *ss_sp;//栈空间指针，指向栈空间的地址 int ss_flags;//栈的flags size_t ss_size;//栈的大小 } stack_t;

6.3ucontext还提供了四个API函数

#include<ucontext.h> //获取协程上下文 int getcontext(ucontext_t *ucp); //设置协程上下文 int setcontext(const ucontext_t *ucp); /*设置协程入口函数，使用前需要配合getcontext()使用， 如果指定了ucontext中的uc_link，那么函数执行完会返回到uc_link执向的上下文*/ void makecontext(ucontext_t *ucp, void (*func)(), int argc, ...); //保存当前上下文到oucp，前往ucp执向的上下文,相当于切换上下文 int swapcontext(ucontext_t *oucp, ucontext_t *ucp); 

说这么多不如上案例，

1.先来试试getcontext和setcontext的用法

#include <ucontext.h> #include <iostream> void func(int a) { std::cout << "func begin" << std::endl; std::cout << a++ << std::endl; std::cout << "func end" << std::endl; } int main() { ucontext m_ctx, c_ctx;//定义两个上下文 getcontext(&m_ctx);//初始化m_ctx，此时记录执行位置为下一行 func(10);//调用func setcontext(&m_ctx);/*设置上下文m_ctx,m_ctx的执行位置是调用func的那一行，又回到刚才的位置 所以程序无线循环*/ return 0; }

可以看到程序无线循环打印a的值，不会退出

2. 我们再试试makecontext的用法

#include <ucontext.h> #include <iostream> #include <stdlib.h> int a = 10; void func() { std::cout << "func begin" << std::endl; std::cout << a++ << std::endl; std::cout << "func end" << std::endl; } int main() { ucontext m_ctx, c_ctx; getcontext(&m_ctx); // 初始化上下文 m_ctx.uc_link = nullptr; // uc_link指向执行完入口函数返回的位置，为nullptr则退出， m_ctx.uc_stack.ss_sp = malloc(128 * 1024); // m_ctx.uc_stack.ss_size = 128 * 1024; makecontext(&m_ctx, func, 0); // 将上下文绑定入口函数 setcontext(&m_ctx); // 执行该上下文 return 0; }

可以看到我们执行完入口函数就结束了

3.再来试试swapcontext

#include <ucontext.h> #include <iostream> #include <stdlib.h> int a = 10; ucontext m_ctx, c_ctx; void func() { std::cout << "func begin" << std::endl; swapcontext(&m_ctx, &c_ctx); // 保存当前上下文，切换到ctx上下文 std::cout << a++ << std::endl; std::cout << "func end" << std::endl; } int main() { getcontext(&m_ctx); // 初始化上下文 m_ctx.uc_link = nullptr; // uc_link指向执行完入口函数返回的位置，为nullptr则退出， m_ctx.uc_stack.ss_sp = malloc(128 * 1024); // m_ctx.uc_stack.ss_size = 128 * 1024; makecontext(&m_ctx, func, 0); // 将上下文绑定入口函数 swapcontext(&c_ctx, &m_ctx); // 将当前上下文保存到c_ctx， 执行m_ctx上下文 return 0; }

可以看到函数执行中途就切换回来了，那么能不能再切换回去呢，答案是肯定的

4.我们在主函数再加一个swap再切换回去

#include <ucontext.h> #include <iostream> #include <stdlib.h> int a = 10; ucontext m_ctx, c_ctx; void func() { std::cout << "func begin" << std::endl; swapcontext(&m_ctx, &c_ctx); // 保存当前上下文，切换到ctx上下文 std::cout << a++ << std::endl; std::cout << "func end" << std::endl; } int main() { getcontext(&m_ctx); // 初始化上下文 m_ctx.uc_link = nullptr; // uc_link指向执行完入口函数返回的位置，为nullptr则退出， m_ctx.uc_stack.ss_sp = malloc(128 * 1024); // m_ctx.uc_stack.ss_size = 128 * 1024; makecontext(&m_ctx, func, 0); // 将上下文绑定入口函数 swapcontext(&c_ctx, &m_ctx); // 将当前上下文保存到c_ctx， 执行m_ctx上下文 swapcontext(&c_ctx, &m_ctx); return 0; }

可以看到又切换会回函数内部继续执行了，代码这里没有加区分的语句，加了的话就更明显了

5.由此我们是不是可以联想到协程可以做很多事情，比如执行某个系统调用阻塞了，我们可以暂时切换到别的协程去执行别的操作，等一段时间再来执行原来的协程。这样效率是不是更高了。

6.协程相关概念

6.1非对称协程跟对称协程

非对称：每个子协程都由主协程调度执行，退出也要返回到主协程，主协程再调度其他的子协程

主协程：每个协程在自己内部可以调度其他协程，不需要主协程充当媒介来调度。

6.2有栈协程跟无栈协程

有栈协程：有自己的栈寄存器，可以绑定入口函数执行

无栈协程：一般只用来调度，如主协程

6.3共享栈协程

1.多个协程共享一个栈，可以节约空间

2.一般我们都是独享栈，比较浪费空间资源，但是也便于操作