漫话：什么是协程？
来自：程序员小灰（微信号：chengxuyuanxiaohui）
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什么是进程和线程
有一定基础的小伙伴们肯定都知道进程和线程。
进程是什么呢？
直白地讲，进程就是应用程序的启动实例。比如我们运行一个游戏，打开一个软件，就是开启了一个进程。
进程拥有代码和打开的文件资源、数据资源、独立的内存空间。
线程又是什么呢？
线程从属于进程，是程序的实际执行者。一个进程至少包含一个主线程，也可以有更多的子线程。
线程拥有自己的栈空间。
有人给出了很好的归纳：
对操作系统来说，线程是最小的执行单元，进程是最小的资源管理单元。
无论进程还是线程，都是由操作系统所管理的。
Java中线程具有五种状态：
初始化
可运行
运行中
阻塞
销毁
这五种状态的转化关系如下：
但是，线程不同状态之间的转化是谁来实现的呢？是JVM吗？
并不是。JVM需要通过操作系统内核中的TCB（Thread Control Block）模块来改变线程的状态，这一过程需要耗费一定的CPU资源。
进程和线程的痛点
线程之间是如何进行协作的呢？
最经典的例子就是生产者/消费者模式：
若干个生产者线程向队列中写入数据，若干个消费者线程从队列中消费数据。
如何用java语言实现生产者/消费者模式呢？
让我们来看一看代码：
public class ProducerConsumerTest {
- public static void main(String args[]) {
- final Queue<Integer> sharedQueue = new LinkedList();
- Thread producer = new Producer(sharedQueue);
- Thread consumer = new Consumer(sharedQueue);
- producer.start();
- consumer.start();
- }
}
class Producer extends Thread {
- private static final int MAX_QUEUE_SIZE = 5;
- private final Queue sharedQueue;
- public Producer(Queue sharedQueue) {
- super();
- this.sharedQueue = sharedQueue;
- }
- @Override
- public void run() {
- for (int i = 0; i < 100; i++) {
- synchronized (sharedQueue) {
- while (sharedQueue.size() >= MAX_QUEUE_SIZE) {
- System.out.println("队列满了，等待消费");
- try {
- sharedQueue.wait();
- } catch (InterruptedException e) {
- e.printStackTrace();
- }
- }
- sharedQueue.add(i);
- System.out.println("进行生产 : " + i);
- sharedQueue.notify();
- }
- }
- }
}
class Consumer extends Thread {private final Queue sharedQueue;
- public Consumer(Queue sharedQueue) {
- super();
- this.sharedQueue = sharedQueue;
- }
- @Override
- public void run() {
- while(true) {
- synchronized (sharedQueue) {
- while (sharedQueue.size() == 0) {
- try {
- System.out.println("队列空了，等待生产");
- sharedQueue.wait();
- } catch (InterruptedException e) {
- e.printStackTrace();
- }
- }
- int number = sharedQueue.poll();
- System.out.println("进行消费 : " + number );
- sharedQueue.notify();
- }
- }
- }
}
这段代码做了下面几件事：
1.定义了一个生产者类，一个消费者类。
2.生产者类循环100次，向同步队列当中插入数据。
3.消费者循环监听同步队列，当队列有数据时拉取数据。
4.如果队列满了（达到5个元素），生产者阻塞。
5.如果队列空了，消费者阻塞。
上面的代码正确地实现了生产者/消费者模式，但是却并不是一个高性能的实现。为什么性能不高呢？原因如下：
1.涉及到同步锁。
2.涉及到线程阻塞状态和可运行状态之间的切换。
3.涉及到线程上下文的切换。
以上涉及到的任何一点，都是非常耗费性能的操作。
什么是协程
协程，英文Coroutines，是一种比线程更加轻量级的存在。正如一个进程可以拥有多个线程一样，一个线程也可以拥有多个协程。
最重要的是，协程不是被操作系统内核所管理，而完全是由程序所控制（也就是在用户态执行）。
这样带来的好处就是性能得到了很大的提升，不会像线程切换那样消耗资源。
既然协程这么好，它到底是怎么来使用的呢？
由于Java的原生语法中并没有实现协程（某些开源框架实现了协程，但是很少被使用），所以我们来看一看python当中对协程的实现案例，同样以生产者消费者模式为例：
这段代码十分简单，即使没用过python的小伙伴应该也能基本看懂。
代码中创建了一个叫做consumer的协程，并且在主线程中生产数据，协程中消费数据。
其中 yield 是python当中的语法。当协程执行到yield关键字时，会暂停在那一行，等到主线程调用send方法发送了数据，协程才会接到数据继续执行。
但是，yield让协程暂停，和线程的阻塞是有本质区别的。协程的暂停完全由程序控制，线程的阻塞状态是由操作系统内核来进行切换。
因此，协程的开销远远小于线程的开销。
协程的应用
有哪些编程语言应用到了协程呢？我们举几个栗子：
Lua语言
Lua从5.0版本开始使用协程，通过扩展库coroutine来实现。
Python语言
正如刚才所写的代码示例，python可以通过 yield/send 的方式实现协程。在python 3.5以后，async/await 成为了更好的替代方案。
Go语言
Go语言对协程的实现非常强大而简洁，可以轻松创建成百上千个协程并发执行。
Java语言
如上文所说，Java语言并没有对协程的原生支持，但是某些开源框架模拟出了协程的功能，有兴趣的小伙伴可以看一看Kilim框架的源码：
https://github.com/kilim/kilim
几点补充：
1.关于协程的概念，小灰也仅仅是知道一些皮毛，希望小伙伴们多多指正。
2.本漫画纯属娱乐，还请大家尽量珍惜当下的工作，切勿模仿小灰的行为哦。
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