PHP进阶教程-PHP的协程怎么玩?这一篇带你搞定swoole协程

协程说复杂不复杂说难也不难,一句话可以概括:能提高并发,但不能加速任务,同步代码实现异步IO,异步非阻塞的代码块。

协程是一种特殊函数,是一种可以挂起的函数,然后可以从挂起的地方重新恢复执行,一个线程内的多个协程是串行的,跟CPU处理进程一样,同一时刻只能一个协程在线程上运行,除非出让了控制权给别的协程运行。协程无法利用多核CPU因此协程只能解决并发问题,不能解决任务处理速度问题。协程就是把一个大任务再分成更小的片段,封装程一个函数,当其中一个协程需要IO阻塞的时候,主动挂起当前协程,把控制权交给其他协程运行。

我们知道进程和线程是由操作系统调度的,什么时候执行取决于操作系统什么时候把CPU时间交给某个进程或者线程,而协程是什么时候交出控制权是由用户决定的。进程和线程属于内核态,协程属于用户态线程。

协程是一种用户态的轻量级线程,协程的调度完全由用户控制。协程拥有自己的寄存器上下文和栈。协程调度切换时,将寄存器上下文和栈保存到其他地方,在切回来的时候,恢复先前保存的寄存器上下文和栈,直接操作栈则基本没有内核切换的开销,可以不加锁的访问全局变量,所以上下文的切换非常快。

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协程特点

  • 用户态线程、遇到IO主动让出控制权

  • 多个协程代码依然是串行的,无需加锁

  • 开销低,只占用内存,不存在进程、线程切换开销

  • 并发量大,单个进程可开启50w个协程

  • 随时随地,只要想并发,就调用go创建协程

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我们知道线程是轻量级的进程,那么协程就是轻量级的线程。协程运行在线程之上,一个线程可以有多个协程。

我们知道在进程遇到阻塞的时候开多一个线程在进程内部切换,避免每次都切换进程,这样可以更大力度的使用CPU分给这个进程的可使用时间。而协程跟线程和进程的关系很类似,只不过协程是跟线程直接建立关系。

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上图是多个线程之间切换的示意图,那么我们来考虑一下,如果线程只是等待IO操作(网络或者文件),那么为什么像线程重复使用进程一样来重复的使用这个线程呢?我们把IO去掉,看看这个图是什么样子的。

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去掉IO部分操作,可以看出来基本上这个并发请求应用程序代码可以在 单个线程中 运行,协程最大力度的利用了线程等待IO的时间,让程序在等待IO的时候可以执行别的业务代码。

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看着像不像一个线程的执行流程,这就是协程的魅力所在,当一个协程被yield之后会被挂起,把控制权转移给线程内部的其他协程,因为是在线程上进行的切换,所以开销远远比进程和线程低很多。

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当程序调用协程之后,当前协程会主动让出控制权交给同一个线程内的其他协程处理,如图所示,开发者代码中需要使用IO的时候主动让出协程的控制权给别的协程使用。

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去掉IO部分再看协程的处理,直接执行的都是业务逻辑,避免遇到IO导致线程转换到等待状态,更充分的利用CPU分给这个线程的执行时间。

注意:协程并不能让任务加速进行,只能执行更多任务。

协程由于是建立在线程之上的,因此没有办法使用CPU多核心的优势,协程适合适用于IO密集运算的场景。

协程有什么作用?

协程是为了提高CPU使用率,避免在线程阻塞的时候大量的线程上下文切换。

echo "1-start\n";
sleep(1);
echo "1-end\n";
echo "2-start\n";
sleep(1);
echo "2-end\n";
echo "3-start\n";
sleep(1);
echo "3-end\n";
echo "4-start\n";
sleep(1);
echo "4-end\n";

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以上代码的CPU使用率仅有 1%

Swoole\Runtime::enableCoroutine(true);
go(function () {
    
    
    echo "go1-start\n";
    sleep(1);
    echo "go1-end\n";
});
go(function () {
    
    
    echo "go2-start\n";
    sleep(1);
    echo "go2-end\n";
});
go(function () {
    
    
    echo "go3-start\n";
    sleep(1);
    echo "go3-end\n";
});
go(function () {
    
    
    echo "go4-start\n";
    sleep(1);
    echo "go4-end\n";
});

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使用协程,成功把CPU使用率提高到了4%,这样CPU就不需要为了IO阻塞而空跑,或者进行上下文切换。之前不是说过协程不能加速吗?这里使用协程之后怎么1秒多就执行完了,跟前面的代码不一样?这里得到的时间取决于最后一个协程执行结束的时间。

协程的执行顺序

Swoole\Runtime::enableCoroutine(true);
go(function(){
    
    
   sleep(2);
   echo "go1\n";
});
go(function(){
    
    
    sleep(1);
    echo "go2\n";
});
echo "main\n";

先输出:main->go2->go1

协程之间通讯

多个协程之间通讯,采用Channel实现,多个协程协助完成共同的任务。

Swoole\Runtime::enableCoroutine(true);
$chan = new Swoole\Coroutine\Channel();
go(function () use ($chan){
    
    
    sleep(1);
    $chan->push(['name'=>'sunny']);
});

go(function() use ($chan){
    
    
    $data = $chan->pop();
    print_r($data);
});
echo "结束\n";

实战:实现waitGroup功能

利用Swoole提供的Channel实现一个 waitGroup ,主要功能是用来等待所有协程执行完成的。

<?php
class WaitGroup{
    
    
    private $count;
    private $chan;
    public function __construct()
{
    
    
        $this->chan = new Swoole\Coroutine\Channel();
    }

    public function add(){
    
    
        $this->count++;
    }
    public function done(){
    
    
        $this->chan->push(true);
    }

    public function wait(){
    
    
        for($i=0;$i<$this->count;$i++){
    
    
            $this->chan->pop();
        }
    }

}

<?php
include 'waitgroup.php';
Swoole\Runtime::enableCoroutine(true);
echo "start".PHP_EOL;
$t = microtime(true);
go(function() use ($t){
    
    
    $wg = new WaitGroup();
    $wg->add();
    go(function() use ($t,&$wg){
    
    
        echo file_get_contents("https://www.sunnyos.com/swoole.php");
        echo "协程1:".(microtime(true)-$t).PHP_EOL;
        $wg->done();
    });
    $wg->add();
    go(function() use ($t,&$wg){
    
    
        echo file_get_contents("https://www.sunnyos.com/swoole.php");
        echo "协程2:".(microtime(true)-$t).PHP_EOL;
        $wg->done();
    });
    $wg->add();
    go(function() use ($t,&$wg){
    
    
        echo file_get_contents("https://www.sunnyos.com/swoole.php");
        echo "协程3:".(microtime(true)-$t).PHP_EOL;
        $wg->done();
    });
    $wg->wait();
    echo '全部结束:'.(microtime(true)-$t).PHP_EOL;
});
echo "end".PHP_EOL;
echo microtime(true)-$t.PHP_EOL;

代码中:https://www.sunnyos.com/swoole.php swoole.php 的代码

<?php
sleep(1);
echo "My name is Sunny\n";

休眠疫苗模拟网络请求耗时

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这里看看使用协程3个协程都进行了网络请求,每个请求耗时1秒,但是在这里执行都时候三个请求执行完了仅耗时1.2秒,但是cpu都使用率却使用到了6%,这说明了协程充分的使用了cpu。

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