協程（一）原理

**賴勇浩（

協程，又稱微執行緒和纖程等，據說源於 simula 和 modula-2 語言（我沒有深究，有錯請指正），現代程式語言基本上都有支援，比如 lua、ruby 和最新的 google go，當然也還有最近很讓我驚豔的 falcon。協程是使用者空間執行緒，作業系統其存在一無所知，所以需要使用者自己去做排程，用來執行協作式多工非常合適。其實用協程來做的東西，用執行緒或程序通常也是一樣可以做的，但往往多了許多加鎖和通訊的操作。

下面是生產者消費者模型的基於搶占式多執行緒程式設計實現（偽**）：

// 佇列容器

var q := new queue

// 消費者執行緒

loop

lock(q)

get item from q

unlock(q)

if item

use this item

else

sleep

// 生產者執行緒

loop

create some new items

lock(q)

add the items to q

unlock(q)

由以上**可以看到執行緒實現至少有兩點硬傷：

1、對佇列的操作需要有顯式/隱式（使用執行緒安全的佇列）的加鎖操作。

2、消費者執行緒還要通過 sleep 把 cpu 資源適時地「謙讓」給生產者執行緒使用，其中的適時是多久，基本上只能靜態地使用經驗值，效果往往不由人意。

而使用協程可以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（偽**）：

// 佇列容器

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

可以從以上**看到之前的加鎖和謙讓 cpu 的硬傷不復存在，但也損失了利用多核 cpu 的能力。所以選擇執行緒還是協程，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，能夠產生更高可讀性的**；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/輸出和資料結構的通用遍歷。

協程雖然如此之好，看是很長時間以來，因為受到基於堆疊的子例程實現的限制，並沒有多少語言在其實語言或庫中支援協程，所以執行緒作為乙個替代者（當然，執行緒也有其超越協程之處）被廣泛接受了。但是在今天，很多語言都內建了協程的支援，甚至是 c/c++ 語言。ms windows 2000 以後的版本，都支援所謂的 fiber，即纖程，其實就是協程的別稱；在開源平台，posix 標準也定義了協程相關的標準，gnu portable threads 實現了跨平台的使用者空間執行緒，即協程的另一種別稱。在這百花齊放的時節，正是我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。

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