【計算機內功心法】九：程序員應如何理解協程

本文轉載自查看原文 2021-02-23 21:57 370

作為程序員，想必你多多少少聽過協程這個詞，這項技術近年來越來越多的出現在程序員的視野當中，尤其高性能高並發領域。當你的同學、同事提到協程時如果你的大腦一片空白，對其毫無概念。。。

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那么這篇文章正是為你量身打造的。

話不多說，今天的主題就是作為程序員，你應該如何徹底理解協程。

普通的函數

我們先來看一個普通的函數，這個函數非常簡單：

def func():
   print("a")
   print("b")
   print("c")

這是一個簡單的普通函數，當我們調用這個函數時會發生什么？

調用func
func開始執行，直到return
func執行完成，返回函數A

是不是很簡單，函數func執行直到返回，並打印出：

a
b
c

So easy，有沒有，有沒有！

很好！

注意這段代碼是用python寫的，但本篇關於協程的討論適用於任何一門語言，我們只不過恰好使用了python來用作示例，因為其足夠簡單。

那么協程是什么呢？

從普通函數到協程

接下來，我們就要從普通函數過渡到協程了。

和普通函數只有一個返回點不同，協程可以有多個返回點。

這是什么意思呢？

void func() {
  print("a")
  暫停並返回
  print("b")
  暫停並返回
  print("c")
}

普通函數下，只有當執行完print("c")這句話后函數才會返回，但是在協程下當執行完print("a")后func就會因“暫停並返回”這段代碼返回到調用函數。

有的同學可能會一臉懵逼，這有什么神奇的嗎？我寫一個return也能返回，就像這樣：

void func() {
  print("a")
  return
  print("b")
  暫停並返回
  print("c")
}

直接寫一個return語句確實也能返回，但這樣寫的話return后面的代碼都不會被執行到了。

協程之所以神奇就神奇在當我們從協程返回后還能繼續調用該協程，並且是從該協程的上一個返回點后繼續執行。

這足夠神奇吧，就好比孫悟空說一聲“定”，函數就被暫停了：

void func() {
  print("a")
  定
  print("b")
  定
  print("c")
}

這時我們就可以返回到調用函數，當調用函數什么時候想起該協程后可以再次調用該協程，該協程會從上一個返回點繼續執行。

Amazing，有沒有，有沒有！

非常好！

只不過孫大聖使用的口訣“定”字，在編程語言中一般叫做yield(其它語言中可能會有不同的實現，但本質都是一樣的)。

需要注意的是，當普通函數返回后，進程的地址空間中不會再保存該函數運行時的任何信息，而協程返回后，函數的運行時信息是需要保存下來的，那么函數的運行時狀態到底在內存中是什么樣子呢，關於這個問題你可以參考這里。

接下來，我們就用實際的代碼看一看協程。

show me the code

下面我們使用一個真實的例子來講解，語言采用python，不熟悉的同學不用擔心，這里不會有理解上的門檻。

在python語言中，這個“定”字同樣使用關鍵詞yield，這樣我們的func函數就變成了：

void func() {
  print("a")
  yield
  print("b")
  yield
  print("c")
}

注意，這時我們的func就不再是簡簡單單的函數了，而是升級成為了協程，那么我們該怎么使用呢，很簡單：

1 def A():
2   co = func() # 得到該協程
3   next(co)    # 調用協程
4   print("in function A") # do something
5   next(co)    # 再次調用該協程

我們看到雖然func函數沒有return語句，也就是說雖然沒有返回任何值，但是我們依然可以寫co = func()這樣的代碼，意思是說co就是我們拿到的協程了。

接下來我們調用該協程，使用next(co)，運行函數A看看執行到第3行的結果是什么：

顯然，和我們的預期一樣，協程func在print("a")后因執行yield而暫停並返回函數A。

接下來是第4行，這個毫無疑問，A函數在做一些自己的事情，因此會打印：

a
in functino A

接下來是重點的一行，當執行第5行再次調用協程時該打印什么呢？

如果func是普通函數，那么會執行func的第一行代碼，也就是打印a。

但func不是普通函數，而是協程，我們之前說過，協程會在上一個返回點繼續運行，因此這里應該執行的是func函數第一個yield之后的代碼，也就是print("b")。

a
in functino A
b

看到了吧，協程是一個很神奇的函數，它會自己記住之前的執行狀態，當再次調用時會從上一次的返回點繼續執行。

神奇不神奇，厲害不厲害！

Very Good.

圖形化解釋

為了讓你更加徹底的理解協程，我們使用圖形化的方式再看一遍，首先是普通的函數調用：

在該圖中，方框內表示該函數的指令序列，如果該函數不調用任何其它函數，那么應該從上到下依次執行，但函數中可以調用其它函數，因此其執行並不是簡單的從上到下，箭頭線表示執行流的方向。

從圖中我們可以看到，我們首先來到funcA函數，執行一段時間后發現調用了另一個函數funcB，這時控制轉移到該函數，執行完成后回到main函數的調用點繼續執行。

這是普通的函數調用。

接下來是協程。

在這里，我們依然首先在funcA函數中執行，運行一段時間后調用協程，協程開始執行，直到第一個掛起點，此后就像普通函數一樣返回funcA函數，funcA函數執行一些代碼后再次調用該協程，注意，協程這時就和普通函數不一樣了，協程並不是從第一條指令開始執行而是從上一次的掛起點開始執行，執行一段時間后遇到第二個掛起點，這時協程再次像普通函數一樣返回funcA函數，funcA函數執行一段時間后整個程序結束。