协程与Swoole的原理,相关应用以及适用场景等
什么是协程
协程(Coroutine)也叫用户态线程,其通过协作而不是抢占来进行切换。相对于进程或者线程,协程所有的操作都可以在用户态完成,创建和切换的消耗更低。协程是进程的补充,或者是互补关系。
要理解是什么是“用户态的线程”,必然就要先理解什么是“内核态的线程”。内核态的线程是由操作系统来进行调度的,在切换线程上下文时,要先保存上一个线程的上下文,然后执行下一个线程,当条件满足时,切换回上一个线程,并恢复上下文。协程也是如此,只不过,用户态的线程不是由操作系统来调度的,而是由程序员来调度的,就是所谓的用户态的线程。
协程的执行流程
协程的适用场景
高并发服务,如秒杀系统、高性能API接口、RPC服务器,使用协程模式,服务的容错率会大大增加,某些接口出现故障时,不会导致整个服务崩溃。
爬虫,可实现非常巨大的并发能力,即使是非常慢速的网络环境,也可以高效地利用带宽。
即时通信服务,如IM聊天、游戏服务器、物联网、消息服务器等等,可以确保消息通信完全无阻塞,每个消息包均可即时地被处理。
协程与线程区别
Swoole的协程在底层实现上是单线程的,因此同一时间只有一个协程在工作,协程的执行是串行的。这与线程不同,多个线程会被操作系统调度到多个CPU并行执行。
一个协程正在运行时,其他协程会停止工作。当前协程执行阻塞IO操作时会挂起,底层调度器会进入事件循环。当有IO完成事件时,底层调度器恢复事件对应的协程的执行。
对CPU多核的利用,仍然依赖于Swoole引擎的多进程机制。
协程实现
1、swoole的两种命名空间形式
Swoole支持两种形式的命名空间一种是Swoole\Coroutine,2.2.0以上可使用Co\命名空间短命名简化类名。
2、协程默认支持的位置
目前Swoole4仅有部分事件回调函数底层自动创建了协程,以下回调函数可以调用协程客户端,可以查看这里https://wiki.swoole.com/wiki/page/696.html
在不支持协程的位置可以使用go或Co::create创建协程
3、协程的性能测试
通过多个协程连接redis操作对比没有使用协程的方式
4、协程并发
协程其实也是阻塞运行的,如果,在一个执行中,比如同时查redis,再去查mysql,即使用了上面的协程,也是顺序执行的。那么可不可以几个协程并发执行呢?
通过延迟收包的形式获取,遇到到IO 阻塞的时候,协程就挂起了,不会阻塞在那里等着网络回报,而是继续往下走,swoole当中可以用setDefer()方法声明延迟收包然后通过recv()方法收包。
5、协程通讯
使用本地内存,不同的进程之间内存是隔离的。只能在同一进程的不同协程内进行push和pop操作
向通道中写入数据。
function Coroutine\Channel->push(mixed $data) : bool;
从通道中读取数据。
function Coroutine\Channel->pop() : mixed;
对协程调用场景,最常见的“生产者-消费者”事件驱动模型,一个协程负责生产产品并将它们加入队列,另一个负责从队列中取出产品并使用它。
6、协程的注意问题
如果在多个协程间共用同一个协程客户端,同步阻塞程序不同,协程是并发处理请求的,因此同一时间可能会有很多个请求在并行处理,一旦共用客户端连接,就会导致不同协程之间发生数据错乱。
swoole通用协程池的实现
swoole官方的协程池是用只能用在Redis。因为协程池代码层耦合了Redis实例化逻辑。通过工厂函数实现了通用性。
class RedisPool { /** * @var \Swoole\Coroutine\Channel */ protected $pool; /** * RedisPool constructor. * @param int $size 连接池的尺寸 */ function __construct($size = 100) { $this->pool = new Swoole\Coroutine\Channel($size); for ($i = 0; $i < $size; $i++) { $redis = new Swoole\Coroutine\Redis(); $res = $redis->connect('127.0.0.1', 6379); if ($res == false) { throw new RuntimeException("failed to connect redis server."); } else { $this->put($redis); } } } function put($redis) { $this->pool->push($redis); } function get() { return $this->pool->pop(); } }
利用工厂方法的改造如下:
<?php /** * @author xialeistudio * @date 2019-05-20 */ namespace swoole\foundation\pool; use Swoole\Coroutine\Channel; /** * Swoole generic connection pool * Class Pool * @package swoole\foundation\pool */ class GenericPool { /** * @var int pool size */ private $size = 0; /** * @var callable construct a connection */ private $factory = null; /** * @var Channel */ private $channel = null; /** * GenericPool constructor. * @param int $size * @param callable $factory * @throws InvalidParamException */ public function __construct($size, callable $factory) { $this->size = $size; $this->factory = $factory; $this->init(); } /** * check pool config * @throws InvalidParamException */ private function init() { if ($this->size <= 0) { throw new InvalidParamException('The "size" property must be greater than zero.'); } if (empty($this->factory)) { throw new InvalidParamException('The "factory" property must be set.'); } if (!is_callable($this->factory)) { throw new InvalidParamException('The "factory" property must be callable.'); } $this->bootstrap(); } /** * bootstrap pool */ private function bootstrap() { $this->channel = new Channel($this->size); for ($i = 0; $i < $this->size; $i++) { $this->channel->push(call_user_func($this->factory)); } } /** * Acquire a connection * @param int $timeout * @return mixed */ public function acquire($timeout = 0) { return $this->channel->pop($timeout); } /** * Release a resource * @param mixed $resource */ public function release($resource) { $this->channel->push($resource); } }