多進程/線程

最早的服務器端程序都是通過多進程、多線程來解決并發IO的問題。進程模型出現的最早，從Unix 系統誕生就開始有了進程的概念。最早的服務器端程序一般都是 Accept 一個客戶端連接就創建一個進程，然后子進程進入循環同步阻塞地與客戶端連接進行交互，收發處理數據。

多線程模式出現要晚一些，線程與進程相比更輕量，而且線程之間共享內存堆棧，所以不同的線程之間交互非常容易實現。比如實現一個聊天室，客戶端連接之間可以交互，聊天室中的玩家可以任意的其他人發消息。用多線程模式實現非常簡單，線程中可以直接向某一個客戶端連接發送數據。而多進程模式就要用到管道、消息隊列、共享內存等等統稱進程間通信(IPC)復雜的技術才能實現。

最簡單的多進程服務端模型

$serv = stream_socket_server("tcp://0.0.0.0:8000", $errno, $errstr)

or die("Create server failed");


while(1) {

$conn = stream_socket_accept($serv);

if (pcntl_fork() == 0) {

$request = fread($conn);

// do something

// $response = "hello world";

fwrite($response);

fclose($conn);

exit(0);

}

}

多進程/線程模型的流程是：

創建一個 socket，綁定服務器端口(bind)，監聽端口(listen)，在 PHP 中用 stream_socket_server 一個函數就能完成上面 3 個步驟，當然也可以使用更底層的sockets 擴展分別實現。

進入 while 循環，阻塞在 accept 操作上，等待客戶端連接進入。此時程序會進入隨眠狀態，直到有新的客戶端發起 connect 到服務器，操作系統會喚醒此進程。accept 函數返回客戶端連接的 socket 主進程在多進程模型下通過 fork(php: pcntl_fork)創建子進程，多線程模型下使用 pthread_create(php: new Thread)創建子線程。

下文如無特殊聲明將使用進程同時表示進程/線程。

子進程創建成功后進入 while 循環，阻塞在 recv(php:fread)調用上，等待客戶端向服務器發送數據。收到數據后服務器程序進行處理然后使用 send(php: fwrite)向客戶端發送響應。長連接的服務會持續與客戶端交互，而短連接服務一般收到響應就會 close。

當客戶端連接關閉時，子進程退出并銷毀所有資源，主進程會回收掉此子進程。

image.png

這種模式最大的問題是，進程創建和銷毀的開銷很大。所以上面的模式沒辦法應用于非常繁忙的服務器程序。對應的改進版解決了此問題，這就是經典的 Leader-Follower 模型。

$serv = stream_socket_server("tcp://0.0.0.0:8000", $errno, $errstr)

or die("Create server failed");

for($i = 0; $i < 32; $i++) {

if (pcntl_fork() == 0) {

while(1) {

$conn = stream_socket_accept($serv);

if ($conn == false) continue;

// do something

$request = fread($conn);

// $response = "hello world";

fwrite($response);

fclose($conn);

}

exit(0);

}

}

它的特點是程序啟動后就會創建 N 個進程。每個子進程進入 Accept，等待新的連接進入。當客戶端連接到服務器時，其中一個子進程會被喚醒，開始處理客戶端請求，并且不再接受新的 TCP 連接。當此連接關閉時，子進程會釋放，重新進入 Accept，參與處理新的連接。

這個模型的優勢是完全可以復用進程，沒有額外消耗，性能非常好。很多常見的服務器程序都是基于此模型的，比如 Apache、PHP-FPM。

多進程模型也有一些缺點。

這種模型嚴重依賴進程的數量解決并發問題，一個客戶端連接就需要占用一個進程，工作進程的數量有多少，并發處理能力就有多少。操作系統可以創建的進程數量是有限的。

啟動大量進程會帶來額外的進程調度消耗。數百個進程時可能進程上下文切換調度消耗占 CPU 不到1%可以忽略不接，如果啟動數千甚至數萬個進程，消耗就會直線上升。調度消耗可能占到 CPU 的百分之幾十甚至 100%。

并行和并發

談到多進程以及類似同時執行多個任務的模型，就不得不先談談并行和并發。

并發(Concurrency)

是指能處理多個同時性活動的能力，并發事件之間不一定要同一時刻發生。

并行(Parallesim)

是指同時發生的兩個并發事件，具有并發的含義，而并發則不一定并行。

區別

『并發』指的是程序的結構，『并行』指的是程序運行時的狀態

『并行』一定是并發的，『并行』是『并發』設計的一種

單線程永遠無法達到『并行』狀態

正確的并發設計的標準是：

使多個操作可以在重疊的時間段內進行。

two tasks can start, run, and complete in overlapping time periods

參考：

迭代器 & 生成器

在了解 PHP 協程前，還有 迭代器 和 生成器 這兩個概念需要先認識一下。

迭代器

PHP5 開始內置了 Iterator 即迭代器接口，所以如果你定義了一個類，并實現了Iterator 接口，那么你的這個類對象就是 ZEND_ITER_OBJECT 即可迭代的，否則就是 ZEND_ITER_PLAIN_OBJECT。

對于 ZEND_ITER_PLAIN_OBJECT 的類，foreach 會獲取該對象的默認屬性數組，然后對該數組進行迭代。

而對于 ZEND_ITER_OBJECT 的類對象，則會通過調用對象實現的 Iterator 接口相關函數來進行迭代。

任何實現了 Iterator 接口的類都是可迭代的，即都可以用 foreach 語句來遍歷。

Iterator 接口

interface Iterator extends Traversable

{

// 獲取當前內部標量指向的元素的數據

public mixed current()

// 獲取當前標量

public scalar key()

// 移動到下一個標量

public void next()

// 重置標量

public void rewind()

// 檢查當前標量是否有效

public boolean valid()

}

常規實現 range 函數

PHP 自帶的 range 函數原型：

range — 根據范圍創建數組，包含指定的元素

array range (mixed $start , mixed $end [, number $step = 1 ])

建立一個包含指定范圍單元的數組。

在不使用迭代器的情況要實現一個和 PHP 自帶的 range 函數類似的功能，可能會這么寫：

function range ($start, $end, $step = 1)

{

$ret = [];

for ($i = $start; $i <= $end; $i += $step) {

$ret[] = $i;

}

return $ret;

}

需要將生成的所有元素放在內存數組中，如果需要生成一個非常大的集合，則會占用巨大的內存。

迭代器實現 xrange 函數

來看看迭代實現的 range，我們叫做 xrange，他實現了 Iterator 接口必須的 5 個方法：

class Xrange implements Iterator

{

protected $start;

protected $limit;

protected $step;

protected $current;

public function __construct($start, $limit, $step = 1)

{

$this->start = $start;

$this->limit = $limit;

$this->step = $step;

}

public function rewind()

{

$this->current = $this->start;

}

public function next()

{

$this->current += $this->step;

}

public function current()

{

return $this->current;

}

public function key()

{

return $this->current + 1;

}

public function valid()

{

return $this->current <= $this->limit;

}

}

使用時代碼如下：

foreach (new Xrange(0, 9) as $key => $val) {

echo $key, ' ', $val, "\n";

}

輸出：

0 0

1 1

2 2

3 3

4 4

5 5

6 6

7 7

8 8

9 9

看上去功能和 range() 函數所做的一致，不同點在于迭代的是一個 對象(Object) 而不是數組：

var_dump(new Xrange(0, 9));

輸出：

object(Xrange)#1 (4) {

["start":protected]=>

int(0)

["limit":protected]=>

int(9)

["step":protected]=>

int(1)

["current":protected]=>

NULL

}

另外，內存的占用情況也完全不同：

// range

$startMemory = memory_get_usage();

$arr = range(0, 500000);

echo 'range(): ', memory_get_usage() - $startMemory, " bytes\n";

unset($arr);

// xrange

$startMemory = memory_get_usage();

$arr = new Xrange(0, 500000);

echo 'xrange(): ', memory_get_usage() - $startMemory, " bytes\n";

輸出：

xrange(): 624 bytes

range(): 72194784 bytes

range() 函數在執行后占用了 50W 個元素內存空間，而 xrange 對象在整個迭代過程中只占用一個對象的內存。

Yii2 Query

在喜聞樂見的各種 PHP 框架里有不少生成器的實例，比如 Yii2 中用來構建 SQL 語句的 \yii\db\Query 類：

$query = (new \yii\db\Query)->from('user');

// yii\db\BatchQueryResult

foreach ($query->batch() as $users) {

// 每次循環得到多條 user 記錄

}

來看一下 batch() 做了什么：

/**

* Starts a batch query.

*

* A batch query supports fetching data in batches, which can keep the memory usage under a limit.

* This method will return a [[BatchQueryResult]] object which implements the [[\Iterator]] interface

* and can be traversed to retrieve the data in batches.

*

* For example,

*

*

* $query = (new Query)->from('user');

* foreach ($query->batch() as $rows) {

* // $rows is an array of 10 or fewer rows from user table

* }

*

*

* @param integer $batchSize the number of records to be fetched in each batch.

* @param Connection $db the database connection. If not set, the "db" application component will be used.

* @return BatchQueryResult the batch query result. It implements the [[\Iterator]] interface

* and can be traversed to retrieve the data in batches.

*/

public function batch($batchSize = 100, $db = null)

{

return Yii::createObject([

'class' => BatchQueryResult::className(),

'query' => $this,

'batchSize' => $batchSize,

'db' => $db,

'each' => false,

]);

}

實際上返回了一個 BatchQueryResult 類，類的源碼實現了 Iterator 接口 5 個關鍵方法：

class BatchQueryResult extends Object implements \Iterator

{

public $db;

public $query;

public $batchSize = 100;

public $each = false;

private $_dataReader;

private $_batch;

private $_value;

private $_key;

/**

* Destructor.

*/

public function __destruct()

{

// make sure cursor is closed

$this->reset();

}

/**

* Resets the batch query.

* This method will clean up the existing batch query so that a new batch query can be performed.

*/

public function reset()

{

if ($this->_dataReader !== null) {

$this->_dataReader->close();

}

$this->_dataReader = null;

$this->_batch = null;

$this->_value = null;

$this->_key = null;

}

/**

* Resets the iterator to the initial state.

* This method is required by the interface [[\Iterator]].

*/

public function rewind()

{

$this->reset();

$this->next();

}

/**

* Moves the internal pointer to the next dataset.

* This method is required by the interface [[\Iterator]].

*/

public function next()

{

if ($this->_batch === null || !$this->each || $this->each && next($this->_batch) === false) {

$this->_batch = $this->fetchData();

reset($this->_batch);

}

if ($this->each) {

$this->_value = current($this->_batch);

if ($this->query->indexBy !== null) {

$this->_key = key($this->_batch);

} elseif (key($this->_batch) !== null) {

$this->_key++;

} else {

$this->_key = null;

}

} else {

$this->_value = $this->_batch;

$this->_key = $this->_key === null ? 0 : $this->_key + 1;

}

}

/**

* Fetches the next batch of data.

* @return array the data fetched

*/

protected function fetchData()

{

// ...

}

/**

* Returns the index of the current dataset.

* This method is required by the interface [[\Iterator]].

* @return integer the index of the current row.

*/

public function key()

{

return $this->_key;

}

/**

* Returns the current dataset.

* This method is required by the interface [[\Iterator]].

* @return mixed the current dataset.

*/

public function current()

{

return $this->_value;

}

/**

* Returns whether there is a valid dataset at the current position.

* This method is required by the interface [[\Iterator]].

* @return boolean whether there is a valid dataset at the current position.

*/

public function valid()

{

return !empty($this->_batch);

}

}

以迭代器的方式實現了類似分頁取的效果，同時避免了一次性取出所有數據占用太多的內存空間。

迭代器使用場景

使用返回迭代器的包或庫時(如 PHP5 中的 SPL 迭代器)

無法在一次調用獲取所需的所有元素時

要處理數量巨大的元素時(數據庫中要處理的結果集內容超過內存)

...

生成器

需要 PHP 5 >= 5.5.0 或 PHP 7

雖然迭代器僅需繼承接口即可實現，但畢竟需要定義一整個類然后實現接口的所有方法，實在是不怎么方便。

生成器則提供了一種更簡單的方式來實現簡單的對象迭代，相比定義類來實現 Iterator 接口的方式，性能開銷和復雜度大大降低。

生成器允許在 foreach 代碼塊中迭代一組數據而不需要創建任何數組。一個生成器函數，就像一個普通的有返回值的自定義函數類似，但普通函數只返回一次, 而生成器可以根據需要通過 yield 關鍵字返回多次，以便連續生成需要迭代返回的值。

一個最簡單的例子就是使用生成器來重新實現 xrange() 函數。效果和上面我們用迭代器實現的差不多，但實現起來要簡單的多。

生成器實現 xrange 函數

function xrange($start, $limit, $step = 1) {

for ($i = 0; $i < $limit; $i += $step) {

yield $i + 1 => $i;

}

}

foreach (xrange(0, 9) as $key => $val) {

printf("%d %d \n", $key, $val);

}

// 輸出

// 1 0

// 2 1

// 3 2

// 4 3

// 5 4

// 6 5

// 7 6

// 8 7

// 9 8

實際上生成器生成的正是一個迭代器對象實例，該迭代器對象繼承了 Iterator 接口，同時也包含了生成器對象自有的接口，具體可以參考 Generator 類的定義以及語法參考。

同時需要注意的是：

一個生成器不可以返回值，這樣做會產生一個編譯錯誤。然而 return 空是一個有效的語法并且它將會終止生成器繼續執行。

yield 關鍵字

需要注意的是 yield 關鍵字，這是生成器的關鍵。通過上面的例子可以看出，yield 會將當前產生的值傳遞給 foreach，換句話說，foreach 每一次迭代過程都會從 yield 處取一個值，直到整個遍歷過程不再能執行到 yield 時遍歷結束，此時生成器函數簡單的退出，而調用生成器的上層代碼還可以繼續執行，就像一個數組已經被遍歷完了。

yield 最簡單的調用形式看起來像一個 return 申明，不同的是 yield 暫停當前過程的執行并返回值，而 return 是中斷當前過程并返回值。暫停當前過程，意味著將處理權轉交由上一級繼續進行，直到上一級再次調用被暫停的過程，該過程又會從上一次暫停的位置繼續執行。這像是什么呢？如果之前已經在鳥哥的文章中粗略看過，應該知道這很像操作系統的進程調度，多個進程在一個 CPU 核心上執行，在系統調度下每一個進程執行一段指令就被暫停，切換到下一個進程，這樣外部用戶看起來就像是同時在執行多個任務。

但僅僅如此還不夠，yield 除了可以返回值以外，還能接收值，也就是可以在兩個層級間實現雙向通信。

來看看如何傳遞一個值給 yield：

function printer()

{

while (true) {

printf("receive: %s\n", yield);

}

}

$printer = printer();

$printer->send('hello');

$printer->send('world');

// 輸出

receive: hello

receive: world

根據 PHP 官方文檔的描述可以知道 Generator 對象除了實現 Iterator 接口中的必要方法以外，還有一個 send 方法，這個方法就是向 yield 語句處傳遞一個值，同時從 yield 語句處繼續執行，直至再次遇到 yield 后控制權回到外部。

既然 yield 可以在其位置中斷并返回或者接收一個值，那能不能同時進行接收和返回呢？當然，這也是實現協程的根本。對上述代碼做出修改：

function printer()

{

$i = 0;

while (true) {

printf("receive: %s\n", (yield ++$i));

}

}

$printer = printer();

printf("%d\n", $printer->current());

$printer->send('hello');

printf("%d\n", $printer->current());

$printer->send('world');

printf("%d\n", $printer->current());

// 輸出

1

receive: hello

2

receive: world

3

這是另一個例子：

function gen() {

$ret = (yield 'yield1');

var_dump($ret);

$ret = (yield 'yield2');

var_dump($ret);

}

$gen = gen();

var_dump($gen->current()); // string(6) "yield1"

var_dump($gen->send('ret1')); // string(4) "ret1" (第一個 var_dump)

// string(6) "yield2" (繼續執行到第二個 yield，吐出了返回值)

var_dump($gen->send('ret2')); // string(4) "ret2" (第二個 var_dump)

// NULL (var_dump 之后沒有其他語句，所以這次 ->send() 的返回值為 null)

current 方法是迭代器 Iterator 接口必要的方法，foreach 語句每一次迭代都會通過其獲取當前值，而后調用迭代器的 next 方法。在上述例子里則是手動調用了 current 方法獲取值。

上述例子已經足以表示 yield 能夠作為實現雙向通信的工具，也就是具備了后續實現協程的基本條件。

上面的例子如果第一次接觸并稍加思考，不免會疑惑為什么一個 yield 既是語句又是表達式，而且這兩種情況還同時存在：

對于所有在生成器函數中出現的 yield，首先它都是語句，而跟在 yield 后面的任何表達式的值將作為調用生成器函數的返回值，如果 yield 后面沒有任何表達式(變量、常量都是表達式)，那么它會返回 NULL，這一點和 return 語句一致。

yield 也是表達式，它的值就是 send 函數傳過來的值(相當于一個特殊變量，只不過賦值是通過 send 函數進行的)。只要調用send方法，并且生成器對象的迭代并未終結，那么當前位置的 yield 就會得到 send 方法傳遞過來的值，這和生成器函數有沒有把這個值賦值給某個變量沒有任何關系。

這個地方可能需要仔細品味上面兩個 send() 方法的例子才能理解。但可以簡單的記住：

任何時候 yield 關鍵詞即是語句：可以為生成器函數返回值；

也是表達式：可以接收生成器對象發過來的值。

除了 send() 方法，還有一種控制生成器執行的方法是 next() 函數：

Next()，恢復生成器函數的執行直到下一個 yield

Send()，向生成器傳入一個值，恢復執行直到下一個 yield

協程

對于單核處理器，多進程實現多任務的原理是讓操作系統給一個任務每次分配一定的 CPU 時間片，然后中斷、讓下一個任務執行一定的時間片接著再中斷并繼續執行下一個，如此反復。由于切換執行任務的速度非常快，給外部用戶的感受就是多個任務的執行是同時進行的。

多進程的調度是由操作系統來實現的，進程自身不能控制自己何時被調度，也就是說：

進程的調度是由外層調度器搶占式實現的

而協程要求當前正在運行的任務自動把控制權回傳給調度器，這樣就可以繼續運行其他任務。這與『搶占式』的多任務正好相反, 搶占多任務的調度器可以強制中斷正在運行的任務, 不管它自己有沒有意愿。『協作式多任務』在 Windows 的早期版本 (windows95) 和 Mac OS 中有使用, 不過它們后來都切換到『搶占式多任務』了。理由相當明確：如果僅依靠程序自動交出控制的話，那么一些惡意程序將會很容易占用全部 CPU 時間而不與其他任務共享。

協程的調度是由協程自身主動讓出控制權到外層調度器實現的

回到剛才生成器實現 xrange 函數的例子，整個執行過程的交替可以用下圖來表示：

image.png

協程可以理解為純用戶態的線程，通過協作而不是搶占來進行任務切換。相對于進程或者線程，協程所有的操作都可以在用戶態而非操作系統內核態完成，創建和切換的消耗非常低。

簡單的說 Coroutine(協程) 就是提供一種方法來中斷當前任務的執行，保存當前的局部變量，下次再過來又可以恢復當前局部變量繼續執行。

我們可以把大任務拆分成多個小任務輪流執行，如果有某個小任務在等待系統 IO，就跳過它，執行下一個小任務，這樣往復調度，實現了 IO 操作和 CPU 計算的并行執行，總體上就提升了任務的執行效率，這也便是協程的意義。

PHP 協程和 yield

PHP 從 5.5 開始支持生成器及 yield 關鍵字，而 PHP 協程則由 yield 來實現。

要理解協程，首先要理解：代碼是代碼，函數是函數。函數包裹的代碼賦予了這段代碼附加的意義：不管是否顯式的指明返回值，當函數內的代碼塊執行完后都會返回到調用層。而當調用層調用某個函數的時候，必須等這個函數返回，當前函數才能繼續執行，這就構成了后進先出，也就是 Stack。

而協程包裹的代碼，不是函數，不完全遵守函數的附加意義，協程執行到某個點，協會協程會 yield 返回一個值然后掛起，而不是 return 一個值然后結束，當再次調用協程的時候，會在上次 yield 的點繼續執行。

所以協程違背了通常操作系統和 x86 的 CPU 認定的代碼執行方式，也就是 Stack 的這種執行方式，需要運行環境(比如 php，python 的 yield 和 golang 的 goroutine)自己調度，來實現任務的中斷和恢復，具體到 PHP，就是靠 yield 來實現。

堆棧式調用 和 協程調用的對比：

image.png

結合之前的例子，可以總結一下 yield 能做的就是：

實現不同任務間的主動讓位、讓行，把控制權交回給任務調度器。

通過 send() 實現不同任務間的雙向通信，也就可以實現任務和調度器之間的通信。

yield 就是 PHP 實現協程的方式。

協程多任務調度

首先是一個任務類：

Task

class Task

{

// 任務 ID

protected $taskId;

// 協程對象

protected $coroutine;

// send() 值

protected $sendVal = null;

// 是否首次 yield

protected $beforeFirstYield = true;

public function __construct($taskId, Generator $coroutine) {

$this->taskId = $taskId;

$this->coroutine = $coroutine;

}

public function getTaskId() {

return $this->taskId;

}

public function setSendValue($sendVal) {

$this->sendVal = $sendVal;

}

public function run() {

// 如之前提到的在send之前, 當迭代器被創建后第一次 yield 之前，一個 renwind() 方法會被隱式調用

// 所以實際上發生的應該類似:

// $this->coroutine->rewind();

// $this->coroutine->send();

// 這樣 renwind 的執行將會導致第一個 yield 被執行, 并且忽略了他的返回值.

// 真正當我們調用 yield 的時候, 我們得到的是第二個yield的值，導致第一個yield的值被忽略。

// 所以這個加上一個是否第一次 yield 的判斷來避免這個問題

if ($this->beforeFirstYield) {

$this->beforeFirstYield = false;

return $this->coroutine->current();

} else {

$retval = $this->coroutine->send($this->sendVal);

$this->sendVal = null;

return $retval;

}

}

public function isFinished() {

return !$this->coroutine->valid();

}

}

接下來是調度器，比 foreach 是要復雜一點，但好歹也能算個正兒八經的 Scheduler :)

Scheduler

class Scheduler

{

protected $maxTaskId = 0;

protected $taskMap = []; // taskId => task

protected $taskQueue;

public function __construct() {

$this->taskQueue = new SplQueue();

}

// (使用下一個空閑的任務id)創建一個新任務,然后把這個任務放入任務map數組里. 接著它通過把任務放入任務隊列里來實現對任務的調度. 接著run()方法掃描任務隊列, 運行任務.如果一個任務結束了, 那么它將從隊列里刪除, 否則它將在隊列的末尾再次被調度。

public function newTask(Generator $coroutine) {

$tid = ++$this->maxTaskId;

$task = new Task($tid, $coroutine);

$this->taskMap[$tid] = $task;

$this->schedule($task);

return $tid;

}

public function schedule(Task $task) {

// 任務入隊

$this->queue->enqueue($task);

}

public function run() {

while (!$this->queue->isEmpty()) {

// 任務出隊

$task = $this->queue->dequeue();

$task->run();

if ($task->isFinished()) {

unset($this->taskMap[$task->getTaskId()]);

} else {

$this->schedule($task);

}

}

}

}

隊列可以使每個任務獲得同等的 CPU 使用時間，

Demo

function task1() {

for ($i = 1; $i <= 10; ++$i) {

echo "This is task 1 iteration $i.\n";

yield;

}

}

function task2() {

for ($i = 1; $i <= 5; ++$i) {

echo "This is task 2 iteration $i.\n";

yield;

}

}

$scheduler = new Scheduler;

$scheduler->newTask(task1());

$scheduler->newTask(task2());

$scheduler->run();

輸出：

This is task 1 iteration 1.

This is task 2 iteration 1.

This is task 1 iteration 2.

This is task 2 iteration 2.

This is task 1 iteration 3.

This is task 2 iteration 3.

This is task 1 iteration 4.

This is task 2 iteration 4.

This is task 1 iteration 5.

This is task 2 iteration 5.

This is task 1 iteration 6.

This is task 1 iteration 7.

This is task 1 iteration 8.

This is task 1 iteration 9.

This is task 1 iteration 10.

結果正是我們期待的，最初的 5 次迭代，兩個任務是交替進行的，而在第二個任務結束后，只有第一個任務繼續執行到結束。

協程非阻塞 IO

若想真正的發揮出協程的作用，那一定是在一些涉及到阻塞 IO 的場景，我們都知道 Web 服務器最耗時的部分通常都是 socket 讀取數據等操作上，如果進程對每個請求都掛起的等待 IO 操作，那處理效率就太低了，接下來我們看個支持非阻塞 IO 的 Scheduler：

class Scheduler

{

protected $maxTaskId = 0;

protected $tasks = []; // taskId => task

protected $queue;

// resourceID => [socket, tasks]

protected $waitingForRead = [];

protected $waitingForWrite = [];

public function __construct() {

// SPL 隊列

$this->queue = new SplQueue();

}

public function newTask(Generator $coroutine) {

$tid = ++$this->maxTaskId;

$task = new Task($tid, $coroutine);

$this->tasks[$tid] = $task;

$this->schedule($task);

return $tid;

}

public function schedule(Task $task) {

// 任務入隊

$this->queue->enqueue($task);

}

public function run() {

while (!$this->queue->isEmpty()) {

// 任務出隊

$task = $this->queue->dequeue();

$task->run();

if ($task->isFinished()) {

unset($this->tasks[$task->getTaskId()]);

} else {

$this->schedule($task);

}

}

}

public function waitForRead($socket, Task $task)

{

if (isset($this->waitingForRead[(int)$socket])) {

$this->waitingForRead[(int)$socket][1][] = $task;

} else {

$this->waitingForRead[(int)$socket] = [$socket, [$task]];

}

}

public function waitForWrite($socket, Task $task)

{

if (isset($this->waitingForWrite[(int)$socket])) {

$this->waitingForWrite[(int)$socket][1][] = $task;

} else {

$this->waitingForWrite[(int)$socket] = [$socket, [$task]];

}

}

/**

* @param $timeout 0 represent

*/

protected function ioPoll($timeout)

{

$rSocks = [];

foreach ($this->waitingForRead as list($socket)) {

$rSocks[] = $socket;

}

$wSocks = [];

foreach ($this->waitingForWrite as list($socket)) {

$wSocks[] = $socket;

}

$eSocks = [];

// $timeout 為 0 時, stream_select 為立即返回，為 null 時則會阻塞的等，見 http://php.net/manual/zh/function.stream-select.php

if (!@stream_select($rSocks, $wSocks, $eSocks, $timeout)) {

return;

}

foreach ($rSocks as $socket) {

list(, $tasks) = $this->waitingForRead[(int)$socket];

unset($this->waitingForRead[(int)$socket]);

foreach ($tasks as $task) {

$this->schedule($task);

}

}

foreach ($wSocks as $socket) {

list(, $tasks) = $this->waitingForWrite[(int)$socket];

unset($this->waitingForWrite[(int)$socket]);

foreach ($tasks as $task) {

$this->schedule($task);

}

}

}

/**

* 檢查隊列是否為空，若為空則掛起的執行 stream_select，否則檢查完 IO 狀態立即返回，詳見 ioPoll()

* 作為任務加入隊列后，由于 while true，會被一直重復的加入任務隊列，實現每次任務前檢查 IO 狀態

* @return Generator object for newTask

*

*/

protected function ioPollTask()

{

while (true) {

if ($this->taskQueue->isEmpty()) {

$this->ioPoll(null);

} else {

$this->ioPoll(0);

}

yield;

}

}

/**

* $scheduler = new Scheduler;

* $scheduler->newTask(Web Server Generator);

* $scheduler->withIoPoll()->run();

*

* 新建 Web Server 任務后先執行 withIoPoll() 將 ioPollTask() 作為任務入隊

*

* @return $this

*/

public function withIoPoll()

{

$this->newTask($this->ioPollTask());

return $this;

}

}

這個版本的 Scheduler 里加入一個永不退出的任務，并且通過 stream_select 支持的特性來實現快速的來回檢查各個任務的 IO 狀態，只有 IO 完成的任務才會繼續執行，而 IO 還未完成的任務則會跳過，完整的代碼和例子可以戳這里。

也就是說任務交替執行的過程中，一旦遇到需要 IO 的部分，調度器就會把 CPU 時間分配給不需要 IO 的任務，等到當前任務遇到 IO 或者之前的任務 IO 結束才再次調度 CPU 時間，以此實現 CPU 和 IO 并行來提升執行效率，類似下圖：

image.png

單任務改造

如果想將一個單進程任務改造成并發執行，我們可以選擇改造成多進程或者協程：

多進程，不改變任務執行的整體過程，在一個時間段內同時執行多個相同的代碼段，調度權在 CPU，如果一個任務能獨占一個 CPU 則可以實現并行。

協程，把原有任務拆分成多個小任務，原有任務的執行流程被改變，調度權在進程自己，如果有 IO 并且可以實現異步，則可以實現并行。

多進程改造

image.png

協程改造

image.png

協程(Coroutines)和 Go 協程(Goroutines)

PHP 的協程或者其他語言中，比如 Python、Lua 等都有協程的概念，和 Go 協程有些相似，不過有兩點不同：

Go 協程意味著并行(或者可以以并行的方式部署，可以用 runtime.GOMAXPROCS() 指定可同時使用的 CPU 個數)，協程一般來說只是并發。

Go 協程通過通道 channel 來通信；協程通過 yield 讓出和恢復操作來通信。

Go 協程比普通協程更強大，也很容易從協程的邏輯復用到 Go 協程，而且在 Go 的開發中也使用的極為普遍，有興趣的話可以了解一下作為對比。

結束

個人感覺 PHP 的協程在實際使用中想要徒手實現和應用并不方便而且場景有限，但了解其概念及實現原理對更好的理解并發不無裨益。

如果想更多的了解協程的實際應用場景不妨試試已經大名鼎鼎的 Swoole，其對多種協議的 client 做了底層的協程封裝，幾乎可以做到以同步編程的寫法實現協程異步 IO 的效果。

參考

關注 NewtonIO - 創造者們的技術與工具

image.png

總結

以上是生活随笔為你收集整理的coroutine php_PHP 协程实现的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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